Роль и значение вычислительной техники в строительстве. Роль эвм в современном мире. области применения. А также материалы и техническая документация из разнообразных ресурсов Internet

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Введение. Роль и значение ВТ в современном обществе. Области применения персональных компьютеров. Существует множество определений научной дисциплины «информатика». Одно из них такое: Информатика наука о методах представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью компьютера. Это наука об информационной деятельности, информационных процессах. Существование науки «Информатики» невозможно без изучения компьютера, так как эта наука связана со временем его возникновения. Информатика научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её основные направления: разработка вычислительных систем и программного обеспечения; теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации; методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.); системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать; методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа; средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети; разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды деятельности. Термином информатика обозначают совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств. Теоретическую основу информатики образует группа фундаментальных наук: теория информации, теория алгоритмов, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, комбинаторный анализ и т. д. Информатика включает такие разделы: архитектура ЭВМ, операционные системы, теория баз данных, технология программирования и другие. Современная эпоха характеризуется как эпоха глобальных информационных технологий: Накопленная ранее информация постепенно переводится в цифровую форму и поступает на хранение во всемирные информационные сети. Новая информация производится в цифровом виде с помощью ЭВМ. Возникают информационные сети, охватывающие рабочие места и домашние компьютеры. В сферу изучения информатики включаются информационные системы, предназначены для оказания помощи специалистам, руководителям, для принятия решений и системы искусственного интеллекта. Для использования новых информационных технологий необходимо: 1. внедрении ЭВМ, оргтехники; 2. участии пользователей в информационном процессе; 3. доступном интерфейсе; 4. использовании пакетов прикладных программ; 5. доступ к базам данных с помощью сетей; 6. использование телекоммуникаций. В вычислительной технике существует периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.

2 В 1833 г. английский ученый Чарльз Бэббидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэббиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней использовались далеко не совершенные узлы, например, для запоминания разрядов десятичного числа в ней применялись зубчатые колеса. Осуществить свой проект Бэббиджу не удалось из-за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта. Спустя 100 лет машина Бэббиджа привлекла внимание инженеров. В конце 30-х годов 20 века немецкий инженер разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. Цузе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы. В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий фирмы IBM построил мощную по тем временам машину «Марк-1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы - счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле. Поколения компьютеров Историю развития компьютеров удобно описывать, пользуясь представлением о поколениях вычислительных машин. Каждое поколение ЭВМ характеризуется конструктивными особенностями и возможностями. Деление ЭВМ на поколения является условным, поскольку в одно и то же время выпускались машины разного уровня. Первое поколение Резкий скачок в развитии вычислительной техники произошел в 40-х годах, после Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств - электронно-вакуумных ламп, которые работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханическом реле, а релейные машины быстро вытеснены более производительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ). Применение ЭВМ значительно расширило круг решаемых задач. Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились: расчеты инженерных сооружений, вычисления движения планет, баллистические расчеты и т.д. Первая ЭВМ создавалась в гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. У машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток - исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набралась сложным образом с помощью внешних перемычек. В 1945 г. известный математик и физик-теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа - храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г. В 1951 году в СССР была создана ЭВМ под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С. А. Лебедева. ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50-х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым надежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники. Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения. Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентиляторов. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.

3 Второе поколение Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50-х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники. Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во - первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во - вторых они обладали значительно большим сроком службы. В - третьих, потребление энергии ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения. Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые. В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ «Роздан», «Наири». Уникальной по своей архитектуре была машина «Мир», разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора. К средним ЭВМ относились отечественные машины серий «Урал», «М - 20» и «Минск». Но рекордной среди отечественных машин этого поколения и одной из лучших в мире была БЭСМ - 6 («большая электронно-счетная машина», 6 - я модель), которая была создана коллективом академика С. А. Лебедева. Производительность БЭСМ - 6 была на два - три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. операций в секунду. За рубежом наиболее распространенными машинами второго поколения были «Элиот» (Англия), «Сименс» (ФРГ). Третье поколение Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60-х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема (микросхема) - это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д. Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам - электронщикам. В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и «Электроника» (система микро - ЭВМ). Четвертое поколение В процессе совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего - четвертого поколения. Благодаря БИС на одном крошечном кристалле кремния стало возможным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокристальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропроцессор был создана компанией Intel(США) в 1971 г. Это был 4 - разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнил 60 операций в секунду. Микропроцессоры положили начало мини - ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК). Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы. Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, что постепенно из обихода исчез термин «ЭВМ», а его место прочно заняло слово «компьютер».

4 Пятое поколение Начиная с середины 90-х годов, в мощных компьютерах начинают применяться БИС супермасштаба, которые вмещали сотни тысяч элементов на квадратный сантиметр. Многие специалисты стали говорить о компьютерах пятого поколения. Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команде. Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу. Основные требования к компьютерам 5-го поколения: создание развитого человекомашинного интерфейса (распознавание речи, образов); развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; создание новых технологий в производстве вычислительной техники; создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов. Классификация ВТ Существует много разных типов компьютеров, в том числе: суперкомпьютеры, мейнфреймы, серверы, настольные компьютеры, рабочие станции, портативные компьютеры, сверхпортативные устройства. Суперкомпьютеры В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Супер-ЭВМ отличаются от серверов которые необходимы для оперативной обработки запросов. Они отличаются и от мэйнфреймов, которые так же обладают высокой производительностью, но служат для одновременной работы с множеством пользователей. Суперкомпьютеры могут применяться и для работы с одной программой. Которая требует мощных ресурсов. Это моделирование погоды, расчет техпроцесса на производстве, ядерные испытания. Наиболее «продвинутыми» процессорами в России на сегодняшний день являются модели «МЦСТ R1000» (четыре ядра, частота 1 Ггц) и гибридный шестиядерный «Эльбрус- 2С+». Обе микросхемы изготовлены по технологии 90-нм. К концу 2012 г. у компании ожидается к выходу четырехъядерный процессор «Эльбрус-4S», изготавливаемый по технологии 65-нм, а в 2015 г. МЦСТ по госконтракту с Минпромторгом планирует завершить разработку восьмиядерного процессора. Сейчас основным рынком сбыта процессоров является оборонный сектор. Одним из крупнейших проектов, где они используются, являются системы противовоздушной обороны. Серверы

5 Серверы представляют собой высокопроизводительные компьютеры, используемые на предприятиях и в других организациях. Серверы обслуживают многих конечных пользователей или клиентов. Настольные компьютеры Существуют разные варианты настольных компьютеров с разными возможностями. Настольные компьютеры поддерживают различные типы подключений, параметры видео и самые разнообразные периферийные устройства. Рабочие станции Рабочие станции представляют собой коммерческие компьютеры большой мощности. Они разработаны для специализированных профессиональных областей применения, например, для запуска таких конструкторских программ, как САПР (систем автоматизированного проектирования). Рабочие станции используются для создания трехмерной графики, анимации и моделирования виртуальной реальности. Кроме того, их можно использовать в качестве управляющих станций для телекоммуникационного или медицинского оборудования. Как и серверы, рабочие станции обычно снабжаются несколькими ЦП, большим количеством ОЗУ и несколькими быстродействующими дисками большой емкости. Обычно у рабочих станций бывают очень мощные графические возможности и большой монитор, или несколько мониторов. Портативные устройства Кроме стационарных компьютеров разных типов, существует еще множество портативных электронных устройств. Они различаются по размеру, мощности и графическим возможностям. К этой категории относятся: портативный ПК или ноутбук; планшетный ПК; карманный ПК; персональный цифровой секретарь. Персональные компьютеры Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. В начале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но попрежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далекие времена (70 - е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и ученые могли только мечтать, а обычным людям трудно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна. Первой ласточкой стал компьютер, сконструированный в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприемник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный персональный компьютер. С 1971 г. по 1974 г. различными фирмами создавались разные модели ПК. Но ввиду ограниченных возможностей этих компьютеров интерес к ним был невелик. По - настоящему пользователи и производители заинтересовались персональными компьютерами в 1974 г., когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями. Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно 500 долларов) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей, клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячами. Персональные компьютеры быстро совершенствовались, в 1978 г. для них был сконструирован гибкий магнитный диск диаметром 5,25 дюйма (1 дюйм=2,45 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы MOTOROLA в 1979 г. был создан микропроцессор motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В

6 1980 г. в персональных компьютерах появился жесткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных. Первые ПК были 8 - разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьезную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьютеров не появился компьютерный гигант - фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4,77 МГц и использовал операционную систему MS DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC. Далее развитие ПК происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а в более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевывали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которые старались подражать фирмы - конкуренты. Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не «с нуля», а используя узлы других производителей (в первую очередь, микропроцессор Intel). При этом она не делала секрета из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы - архитектура компьютеров IBM PC оказалась «открытой». У компьютеров IBM появились многочисленные «клоны», то есть различные семейства компьютеров, похожих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМ поддерживающие стандарт IBM PC, стали называться просто «персональными компьютерами». С течением времени ПК оправдали свое название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инструментом для бизнеса и исследований. Кроме IBM - совместимых ПК, существует еще одно семейство персональных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упоминавшейся модели Apple, их производством занималась фирма Aplle Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличие от IBM PC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, «Маки» не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность «Маков» в десятки раз меньше численности IBM PC - совместимых компьютеров. Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения компьютеров и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик. Наиболее перспективные - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы. При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперэвм и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи. Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз

7 данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Контрольные вопросы 1. Раскройте основные понятия информатики. 2. На каких принципах базируются новые информационные технологии? 3. Какое устройство называют ЭВМ? 4. Перечислите признаки, по которым классифицируют компьютеры. 5. Какова классификация компьютеров по назначению?

8 Раздел 1. Общий состав и структура ПК и вычислительных систем. Принципы построения компьютера и ВС. Магистрально-модульный принцип, общая функциональная схема Современным компьютерам предшествовал полувековой период, который делят на поколения ЭВМ. Если сам перечень функциональных блоков более чем за полвека практически не изменился, то способы их соединения и взаимодействия претерпели некоторое эволюционное развитие. Архитектура компьютера - описание устройства и принципов работы компьютера, его техническое устройство. Основные принципы построения универсальной ЭВМ были изложены Джоном фон Нейманом в 1946 г., согласно которым была построена универсальная ЭВМ в 1949 г. На схеме изображено функциональное устройство ЭВМ 1-2 поколения. Функциональная схема по принципу фон Неймана Устройства компьютера: 1. АЛУ арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций. 2. УУ устройство управления для выполнения программ. 3. Оперативная память для хранения программ и команд. 4. ВУ внешние устройства ввода-вывода. Работа компьютера такова: с помощью ВУ в ОЗУ вводится программа; УУ считывает содержимое ячейки памяти и выполняет команду, затем считывается содержимое следующей. Порядок выполнения можно изменить принудительно с помощью команд перехода. Два блока АЛУ и УУ объединяют в общий процессор. Из приведенной схемы отчетливо видно, что центром такой конструкции является процессор. Во-первых, он управляет всеми устройствами, а во-вторых, через него проходят все информационные потоки. Описанной системе по определению присущ принципиальный недостаток процессор оказывается чрезмерно перегруженным. Полностью регулируя обмен между всеми устройствами, он часто вынужден пассивно ожидать окончания ввода с медленных (как правило, содержащих механические части) устройств, что существенно снижает эффективность работы всей системы в целом. Компьютеры с канальной организацией Возникшее противоречие между постоянно растущей производительностью процессора и относительно низкой скоростью обмена с внешними устройствами стало отчетливо заметно уже во время расцвета вычислительной техники второго поколения. Поэтому при проектировании следующего, третьего, поколения инженеры начали принимать специальные меры для "разгрузки" процессора и его освобождения от детального руководства вводом/выводом. ЭВМ 3-го поколения имели функциональную схему с канальной организацией. Помимо уже знакомого набора устройств (центральный процессор, память, устройства ввода-вывода), в состав ЭВМ с канальной организацией входят устройства, называемые каналами. Канал - это специализированный процессор, осуществляющий всю работу по управлению контроллерами внешних устройств и обмену данными между основной памятью и внешними устройствами. Устройства группируются по характерной скорости и подключаются к соответствующим каналам. "Быстрые" устройства (например, накопители на магнитных дисках) подсоединяются к селекторным каналам. Такое устройство получает

9 селекторный канал в монопольное использование на все время выполнения операции обмена данными. "Медленные" устройства подключаются к мультиплексным каналам. Мультиплексный канал разделяется (мультиплексируется) между несколькими устройствам, при этом возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами. Доступ к оперативной памяти может получить и центральный процессор, и один из каналов. Для управления очередностью доступа имеется контроллер оперативной памяти. Он определяет приоритетную дисциплину доступа при одновременном обращении нескольких устройств к памяти. Наименьший приоритет имеет центральный процессор. Среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы. Таким образом, приоритет обратно пропорционален частоте обращения устройств к памяти. За счет существенного усложнения организации ЭВМ упрощается архитектура вводавывода. Операции обмена данными становятся более простыми. Канал, по сути, представляет собой специализированный "интеллектуальный" контроллер прямого доступа к памяти. О своем состоянии канал может информировать процессор с помощью прерываний. Все контроллеры внешних устройств подключаются к "своим" каналам с помощью стандартного интерфейса. Свобода подключения внешних устройств сохраняется благодаря стандартному протоколу интерфейса, при этом появляется возможность группировать устройства по характеристикам. В ЭВМ с канальной организацией процессор практически полностью освобождается от рутинной работы по организации ввода-вывода. Управление контроллерами внешних устройств и обмен данными берет на себя канал. Наличие нескольких трактов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственного тракта передачи данных (системной шины), что повышает скорость обмена. Все это дает возможность производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора. В результате общая производительность системы существенно возрастает. Удорожание схемы окупается. Одной из первых машин с каналами была ЭВМ второго поколения IBM-704. Ярким примером ЭВМ с каналами являются машины семейства IBM-360/370. Появление этих ЭВМ произвело переворот в вычислительной технике, и на долгие годы они стали образцом для подражания у создателей ЭВМ. Хотя в настоящее время эти машины ушли в прошлое, они оставили богатое наследие в виде интересных архитектурных решений, программных и алгоритмических разработок. В настоящее время схемы со специализированными процессорами ввода-вывода часто встречаются в ЭВМ различных типов. Компьютеры с шинной организацией Переход к четвертому поколению ЭВМ не только сопровождался многократным повышением плотности монтажа в микросхемах, но и изменением общей стратегии применения вычислительной техники. На смену громоздким ЭВМ коллективного пользования пришли персональные компьютеры, предназначенные, прежде всего для индивидуальной работы отдельных пользователей. Архитектура при этом продолжила свое развитие и совершенствование в направлении освобождении процессора от руководства

10 процессами ввода/вывода. В результате современный ПК приобрел структуру, приведенную на схеме. Главной особенностью такой схемы является наличие выделенной шины (магистрали) для передачи информации между функциональными узлами компьютера. Она состоит из трех частей: шина адреса, определяющая, куда именно направляется информация по шине; шина данных, по которой передается информация; шина управления, определяющая особенности обмена и синхронизирующая его. К шине подсоединяются все устройства компьютера, начиная от процессора и кончая устройствами ввода и вывода. Существенной особенностью архитектуры ПК является наличие специализированных процессоров ввода/вывода, которые называются контроллерами. Их роль заключается в поддержке процессов обмена информацией для данного устройства, а также в согласовании со стандартной шиной всевозможных внешних устройств различных производителей. Для общения с памятью надо передать с ЦП адреса нужных ячеек и считать с них соответствующие данные, а для обеспечения связи между узлами вводят управляющую шину. По ШД осуществляется обмен информацией между блоками, ША предназначена для передачи адресов ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым идет обращение, ШУ для передачи управляющих сигналов. Эти шины называют системной шиной или магистралью. Функциональная схема компьютера с шинной организацией Рассмотрим работу компьютера. При включении из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) передаются исходные данные. ЦП устанавливается в рабочее состояние и подключает к шинам все узлы. Программы, постоянно хранящиеся в микросхемах ПЗУ, относят к аппаратной части. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) резервируется место для программ, команд и данных. В ходе работы процессор выполняет следующие операции: определяет адреса нужных ячеек; считывает с них данные или инструкции; выполняет инструкции (счет); пересылает данные в определенные ячейки памяти; указывает адрес порта дисплея; с помощью контроллера пересылает данные на дисплей. В этой схеме все устройства симметрично подсоединены к одному каналу общей шине. Это дает возможность подключения новых устройств. Благодаря шинной архитектуре в конфигурацию компьютера легко внести любые требуемые конкретному пользователю изменения. Описанная схема также имеет "узкое место" она требует высокой пропускной способности шины. Для преодоления указанной трудности в современных конструкциях используется несколько шин, каждая из которых связывает процессор с определенным устройством или группой устройств. Архитектура современных компьютеров Работу современных компьютеров определяет чипсет - набор управляющих микросхем, устанавливаемый на системной плате. Ранее применялись наборы микросхем, состоявшие из множества контроллеров, а первые чипсеты появились в середине 80-х годов прошлого века. Переход к чипсетам позволил уменьшить стоимость материнских плат и повысить взаимную совместимость компонентов, что облегчило задачу проектирования материнских плат. Распространенная архитектура современных чипсетов построена на

11 использовании двух микросхем, составляющих основу, так называемых северного моста и южного моста. Микросхема северного моста обеспечивает работу с наиболее быстродействующими подсистемами ПК. Содержит контроллер системной шины, контроллер памяти, контроллер графической шины, контроллер шины связи с южным мостом, который обеспечивает работу с более медленными компонентами системы и периферийными устройствами. В состав микросхемы южного моста обычно входят: двухканальный IDE (SATA)-контроллер, USB-контроллер, встроенная аудиосистема (аудиокодек). Южный мост отвечает за работу с менее быстрыми устройствами и обеспечивает передачу данных от жесткого диска, оптического привода, принтера, сканера, а также к ним. Названные устройства передают информацию через провода в южный мост, который пересылает ее северному мосту. Северный мост отправляет информацию в оперативную память, после чего она может поступить в процессор или видеокарту на обработку. Чипсет - своеобразный посредник в общении процессора с остальными устройствами компьютерной системы. В задачи чипсета входит управление работой компонентов компьютера и обеспечение передачи данных между ними. При этом, каждый чипсет обслуживает только архитектуру того процессора, под который был разработан. С 2005 чипсеты разных производителей ориентируются на использование многоядерных микропроцессоров. Названия мосты получили по аналогии с географической картой, на которой вверху располагается северный полюс, а внизу - южный. Контрольные вопросы 1. Раскройте понятие архитектуры компьютера. 2. Особенности функциональной схемы по фон Нейману. 3. Особенности функциональной схемы с канальной организацией. 4. Особенности функциональной схемы с канальной организацией. 5. Особенности схемы современных компьютеров.

12 Раздел 1. Общий состав и структура ПК и вычислительных систем. Внутренняя архитектура компьютера: процессор, память. Периферийные устройства. Назначение устройств компьютера. Большинству компьютеров для нормальной работы нужны три совместно работающих элемента. 1. Аппаратное оборудование - внутренние и внешние физические компоненты, из которых состоит компьютер. 2. Операционная система - набор компьютерных программ, управляющих оборудованием компьютера. 3. Прикладное программное обеспечение (приложения) - программы, загружаемые для выполнения конкретных задач с использованием возможностей компьютера. Современный персональный компьютер состоит из следующих узлов 1. Материнская плата представляет собой большую печатную плату, к которой подключается вся электроника и схемы, составляющие компьютерную систему. На этой плате есть разъемы, к которым подключаются основные компоненты системы, например, ЦП и ОЗУ. Материнская плата обеспечивает обмен данными между различными разъемами и компонентами системы. Кроме того, на материнской плате есть гнезда для сетевой платы, видеоплаты и звуковой платы. Во многие материнские платы эти компоненты встраиваются. Разница состоит в методе обновления. При использовании материнской платы с разъемами компоненты системы легко снимаются и заменяются более современными.

13 Выбранная материнская плата должна: поддерживать тип и скорость выбранного ЦП; поддерживать необходимый для запуска приложений тип и количество ОЗУ; обладать достаточным количеством разъемов для всех необходимых плат интерфейса; обладать достаточным количеством интерфейсов необходимого типа. Эта плата, с помощью которой объединяются и совместно функционируют остальные комплектующие (части) компьютера. 1. Слот PCI - используется для подключения различных плат, таких как модем, звуковая карта. 2. Вход для видеокарты. 3. Слот для процессора. 4. Вход для питания процессора от блока питания 5. Разъём для подключения жесткого диска либо привода (CD-DVD) с интерфейсом IDE ATA 6. Разъёмы для подключения жестких дисков либо приводов (CD-DVD) с интерфейсом SATA 7. Слоты для оперативной памяти 8. Вход для подключения (дисковода устройство для чтения дискет). 9. Разъем для подключения питания на материнскую плату от блока питания, на данном изображении 24 pin(количество штырьков) или 20 pin.

14 Задняя панель 1. PS/2 - Вход для мышки (Всегда зелёный). 2. PS/2 - Вход для клавиатуры(всегда Фиолетовый). 3. Цифровой вход. 4. Цифровой выход. 5. USB универсальные порты для подключения различных устройств. 6. Вход для сетевого кабеля (локальная сеть, выделенный интернет). 7. Выходы для подключения аудио системы (колонок.) 2. Процессор. Процессор производит все вычисления, операции и дает команды другим комплектующим. Частота процессора измеряется в мегагерцах, чем больше частота, тем больше операций в секунду он может выполнить. У процессора так же есть своя небольшая память кэш, в которой он хранит самые часто выполняемые операции, что увеличивает скорость его работы. Кэш процессора измеряется в мегабайтах, и его емкость обычно составляет на данный момент примерно от 8 мегабайт до 32, чем больше кэш, тем дороже процессор. Современные процессоры обладают несколькими ядрами, получается как бы несколько процессоров в одном. Что делает его намного производительнее и увеличивает скорость его вычислений. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В состав микропроцессора входят: устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера, опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов; арифметико-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор); микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие); интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

15 3. Оперативная память в компьютере играет роль временного буфера хранения информации, то есть при запуске, какого либо приложения оно частично загружается в оперативную память, следовательно, чем больше у вас такой памяти, тем больше вы сможете одновременно открывать и работать в нескольких программах, например, играть в компьютерную игру и одновременно слушать музыку. Большое количество оперативной памяти требуется в современных играх. Оперативная память обладает двумя главными характеристиками это её объем и частота, на которой она работает. 4. Видеокарта предназначена для вывода изображения на монитор, она отвечает за обработку графики. Если установлена слабая видеокарта, то она не справляется с обработкой графики. Современные видеокарты обладают своим встроенным процессором (ядром), мощность которого тоже исчисляется, как и у центрального процессора в мегагерцах. Его задача снять нагрузку по обработки графики с центрального процессора и взять эту задачу на себя, то есть чем больше частоты, мегагерц у ядра видеокарты тем быстрее она обрабатывает графику, следовательно, шустрее работают игры. Видеокарта также обладает памятью, видеопамятью, с помощью которой она хранит в себе текстуры, обработанные части графики, видеопамять опять же исчисляется в мегабайтах, гигабайтах. 5. Адаптерные платы расширяют возможности компьютерной системы. Они вставляются в разъемы материнской платы и становятся частью системы. Многие материнские платы обладают встроенными функциями адаптерных плат, что устраняет потребность в дополнительных компонентах. Встроенные платы поддерживают базовые функции, но специализированные адаптерные платы часто повышают производительность системы. Наиболее распространены следующие платы: видеоплаты; звуковые платы; сетевые интерфейсные платы; модемы; интерфейсные платы; платы контроллера. 6. Блок питания питает электричеством все комплектующие компьютера, и позволяет ему работать. В него идет кабель из электросети, а потом он распределят напряжение по всему

16 компьютеру. Мощность блока питания исчисляется в ватах, чем мощнее ваш компьютер, тем более мощный блок питания он требует, очень требовательны к блокам питания современные видеокарты, которым бывает, нужен блок питания до киловатта. От блока питания идут кабеля питания к материнской плате, жестким дискам, кулерам, к приводам. Качественные блоки питания более устойчивы к перепадам напряжения в сети, что предохраняет выход из строя самого блока так и всех комплектующих компьютера. 7. Жесткий диск. Жесткий диск хранит программы, игры, документы. Как и любое хранилище, он обладает максимальной вместимостью, объемом, который измеряется в гигабайтах. Чем больше объём жёсткого диска, тем больше информации вы сможете на нем хранить. Жесткий диск - механическое устройство. В нем крутится несколько слоев дисков, на которые с помощью магнитной головки записывается и считывается информация. У жесткого диска так же есть свой временный скоростной буфер, кэш, он устроен в виде маленького чипа, с помощью него жесткий диск уменьшает количество физических обращений непосредственно к дискам, тем самым увеличивается скорость работы и срок его службы. 8. Периферийные устройства. Периферийным называется устройство, которое подключается к компьютеру и расширяет его возможности. Эти устройства по природе своей являются дополнительными и не требуются для выполнения базовых функций. Они только обеспечивают некоторые дополнительные функции. Периферийные устройства подключаются с внешней стороны компьютера, с помощью специальных кабелей или беспроводной связи. Они относятся к одной из четырех категорий: устройства ввода, вывода, хранения или сетевые устройства. Примерами периферийных устройств являются: устройства ввода трекбол, джойстик, сканер, цифровой фотоаппарат, кодировщик, устройство считывания штрих-кода, микрофон; устройства вывода принтер, плоттер, динамики, наушники; устройства хранения дополнительный жесткий диск, внешние приводы CD/DVD, флэш-диски; сетевые устройства - внешние модемы, внешние сетевые адаптеры. 9. Постоянная память. ПЗУ (англ. ROM, память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. В первых персональных компьютерах код BIOS записывался в микросхему постоянной памяти ПЗУ, которая создавалась на заводе. Позже для хранения кода BIOS стали применяться микросхемы с возможностью перезаписи.

17 Микросхема электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ. Основные параметры: Объем памяти- 16 Мбит, Время выборки - 65 нс. Общее описание: Диапазон напряжения питания: 3,0 3,6 В; Технологический процесс 0,25 мкм, Возможность стирания любой комбинации секторов и всей памяти; Гарантированное количество циклов стирания; Время сохранения данных 13 лет при температуре 125 С.; Температурный диапазон: С. Расположение BIOS системной плате. В большинстве случаев flash-память устанавливается на панель системной платы, что позволяет при необходимости заменить микросхему, но в некоторых случаях она распаяна прямо на системной плате. Микросхемы flash-памяти для хранения BIOS имеют различную емкость, в более старых компьютерах используются чипы объемом 1-2 Мбит (Кбайт), а в современных системах 4-8 Мбит и более (512 Кбайт-1 Мбайт и более). BIOS использует параметры конфигурации, которые хранятся в специальной CMOSпамяти. Свое название она получила по технологии изготовления чипов, где применялся комплементарный металлооксидный полупроводник. CMOS-память питается от специальной батарейки на системной плате, которая также используется для питания часов реального времени. Срок работы такого аккумулятора обычно составляет 10 лет. Как правило, за это время компьютер (в частности материнская плата) морально устаревает, и необходимость замены питающего элемента теряет смысл. При некоторых технологиях производства микросхем CMOS элемент питания встраивается прямо внутрь микросхемы. В этом случае при разрядке аккумулятора она подлежит замене целиком. Процедура запуска компьютера Программы, записанные в микросхемы ПЗУ доступны компьютеру сразу после включения. Программы в ПЗУ делятся на: программу запуска машины, базовую систему ввода-вывода (BIOS). Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны важный модуль любой операционной системы. Эти программы выполняются каждый раз при включении. Запуск состоит из нескольких фаз: проверка работоспособности машины, инициализация программируемых микросхем, периферийных устройств, проверка присутствия дополнительного оборудования, загрузка операционной системы. Программы проверки короткие и выполняются быстро. Последняя операция загрузка операционной системы, выполняемая программойзагрузчиком. После того, как с диска загружается ОС, управление передается ей. BIOS является частью ПЗУ активно используется в течение всего времени работы компьютера для управления устройствами (содержит их драйверы) дисплеем, клавиатурой, дисководом, обрабатывает прерывания, обеспечивает энергосбережение, автоматическую настройку конфигурации. Прерывания сигналы из внешнего мира, которые сообщают процессору о наступлении события (нажатие клавиши, обслуживание дискеты). BIOS использует программные прерывания для вызова и выполнения специальных сервисных программ.

18 В ходе запуска на экране появляются сообщения о работе программ проверки, появляется приглашение программы-оболочки или операционной системы, дальнейшая работа происходит под управлением ОС. Диагностика компьютера 1. Компьютер не включается - не реагирует на нажатие кнопки включения, компьютер включается, но на мониторе ничего не отображается - в системном блоке работают кулеры. Вариант номер один - при включении спикер издаёт одинарный звук (писк) то есть сообщает, что всё в порядке в этом случае основная вероятность в том, что сгорела видеокарта. Вариант номер два спикер молчит (не пищит), из этого делаем вывод, что сломалась либо материнская плата, либо блок питания, это касается и случая когда компьютер никак не реагирует на нажатие кнопки включения. Speaker - это маленький динамик, в системном блоке, подключенный к материнской плате, который сообщает пользователю при запуске компьютера о состоянии комплектующих и общей работы вашего компьютера. Расшифровка (основных) звуковых комбинаций Speaker a 1 короткий сигнал всё работает исправно. Сигналов нет - проблемы с блоком питания, возможно, он не подключен к материнской плате, так же есть небольшой процент возможности, что неисправна сама материнская карта. Непрерывный сигнал - проблема с блоком питания. 2 кротких сигнала незначительные ошибки. 1 длинный повторяющийся проблема с оперативной памятью. 2. Каждый раз при запуске компьютера приходится нажимать клавишу F1 и до того момента пока это не сделано, загрузка компьютера не начинается. Если после каждого включения компьютера у вас сбрасывается системное время и дата, то причина этому севший аккумулятор на материнской плате. В таком случае нужно заменить батарейку на системной плате и после этого зайти и выйти с сохранением из настроек БИОСа. Контрольные вопросы 1. Какова простейшая конфигурация ПК. 2. Что входит в состав системного блока. 3. Что такое материнская плата? 4. Назначение микропроцессора. 5. Перечислите разновидности ЗУ. 6. Что означает термин «периферия»?


Модуль 2. Архитектура компьютера 1. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации это: 1) информационная система 2) информационные технологии 3)

Глава 4 Программно-технические системы реализации информационных процессов Компьютер универсальная 17 техническая система обработки информации Появление компьютеров полностью изменило все существовавшие

Микропроцессор: основные элементы и характеристики 10 класс Учитель МБОУ «Школа 91» Сафонова Л.Ф Микропроцессор: основные элементы и характеристики Центральный процессор это устройство компьютера, предназначенное

Тема 2.1. Основные составляющие и блоки компьютеров Компьютер это универсальное электронное программноуправляемое устройство, предназначенное для автоматической обработки, хранения и передачи информации.

Раздел 11. Архитектура компьютера. Основные компоненты и их назначение Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы. Программный принцип работы компьютера. По своему назначению

Внутренние устройства компьютера Внутренние устройства ПК Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой

Устройство компьютера Левашова Л.Н. АНАЛОГИЯ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРОМ И ЧЕЛОВЕКОМ Ч Е Л О В Е К Органы чувств Прием (ввод) информации Хранение информации М О З Г Процесс мышления (обработка информации) Компьютер

Информатика Аппаратное обеспечение информационных технологий Средства информационных технологий Информационная технология Алгоритмические средства (brainware) Аппаратные средства (hardware) Программные

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Архитектура ЭВМ. Принципы Джона фон Неймана Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность

ПОКОЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Презентация Верещагиной Юлии Юрьевны учителя информатики МОУ СОШ с.золотая Долина Партизанского района Приморского края 1 Электронно-вычислительную технику принято делить

Тема Урок АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА 2 Структурная схема компьютера Принципы работы аппаратных средств компьютера Г Л Аппаратное обеспечение персонального компьютера система взаимосвязанных

Введение в ПК. История создания ПК. Устройство ПК. Информатика. Лекция 3. Часть 1. История создания компьютера Слово «Компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. 1642 г. Блез Паскаль

Лекция 2. Тема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE) - Понятие автоматизации вычислений; - Классификация компьютеров; - Устройство персонального компьютера; - Периферийные устройства; - Система «Тонкий

Государственное автономное общеобразовательное учреждение города Москвы «Школа с углубленным изучением отдельных предметов «ШИК 16» Реферат по информатике «История развития вычислительной техники» Работу

СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРА Термин «компьютер» происходит от английского слова Computer вычислитель, т.е. программируемое электронное устройство, предназначенное для автоматизированной обработки

3 Классификация компьютеров по сферам применения Производительность - некоторая интегрированная характеристика, определяющая общую вычислительную мощность компьютера, и, соответственно, области его применения.

Персональный компьютер 1 Определение! Персональный компьютер ПК (англ. personal computer, PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) - устройство или система, способное выполнять заданную,

Лекция 3 История развития вычислительной техники. Классификация и область применения компьютеров. Персональные компьютеры Цели лекции иметь представление об этапах развития вычислительной техники знать

Тестирование по теме «Устройство ПК» 11 класс Процессор 1. Какие блоки входят в состав процессора? 1) арифметико-логическое устройство 2) устройство управления 3) регистры 4) контроллеры 5) постоянное

УСТРОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЯ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ Затулин А.Г. Балаковский инженерно-технологический институт филиал «Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Балаково, Россия Zatulin A.G.

Архитектура компьютеров. Окулов Александр МОУ «СОШ 30»10а кла 2007г. 1.Общие принципы работы компьютеров. Компьютер представляет собой машину для автоматической обработки информации. В состав компьютера

Архитектура современных вычислительных средств Классификация по принципу действия Аналоговый компьютер (АВМ) Аналоговый компьютер - аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые

Относительно недавно в обиходе появился термин «вычислительная техника». Это обозначение изначально совершено не подразумевало всех тех аспектов, которые вкладываются в него сегодня. И, к сожалению, большинство людей почему-то считают, что компьютеры и вычислительная техника - слова-синонимы. Это явное заблуждение.

Вычислительная техника: значение слова

Трактовать значение этого термина можно совершенно по-разному, тем более что разные словари толковать его могут в различных интерпретациях.

Однако если подойти к вопросу как бы с неким обобщением, можно смело утверждать, что вычислительная техника - это технические устройства с набором неких математических средств, приемов и методов для автоматизации (или даже механизации) обработки какой-либо информации и процессов вычислений или описания того или иного явления (физического, механического и т. д.).

это что такое в широком понимании?

Вычислительная техника известна человечеству достаточно давно. Самыми примитивными устройствами, которые появились за сотни лет до нашей эры, можно назвать, например, те же китайские счеты или римский абак. Уже во второй половине нынешнего тысячелетия появились такие устройства, как шкала Неппера, арифмометр Шиккарда, счетная и т. д. Посудите сами, сегодняшние аналоги в виде калькуляторов тоже смело можно отнести к одной из разновидностей вычислительной техники.

Тем не менее трактовка этого термина приобрела более расширенное значение с появлением первых ЭВМ. Случилось это в 1946 году, когда в США была создана первая ЭВМ, обозначавшаяся аббревиатурой ЭНИАК (в СССР такое устройство было создано в 1950 году и носило название МЭСМ).

На сегодняшний день трактовка расширилась еще больше. Таким образом, на современном этапе развития технологий можно определить, что вычислительная техника - это:

  • компьютерные системы и средства управления сетями;
  • автоматизированные системы управления и обработки данных (информации);
  • автоматизированные средства проектирования, моделирования и прогнозирования;
  • системы разработки программного обеспечения и т.д.

Средства для вычислений

Теперь посмотрим, что собой представляют средства вычислительной техники. В основе любого процесса лежит информация или, как принято сейчас говорить, данные. Но понятие информации считается достаточно субъективным, поскольку для одного человека какой-то процесс может нести смысловую нагрузку, а для другого - нет. Таким образом, для унификации данных был разработан который воспринимается любой машиной и применяется для обработки данных наиболее широко.

Среди самих средств можно выделить технические устройства (процессоры, память, устройства ввода/вывода) и программное обеспечение, без которого все это «железо» оказывается совершенно бесполезным. Тут отдельно стоит отметить, что вычислительная система имеет ряд характерных признаков, например, целостность, организованность, связанность и интерактивность. Есть еще и так называемые вычислительные комплексы, которые относят к многопроцессорным системам, обеспечивающим надежность и повышенный уровень производительности, недоступный обычным однопроцессорным системам. И только в общей связке «железа» и софта можно говорить о том, что они и являются основными средствами вычислений. Естественно, можно сюда добавить и методики, по которым производится математическое описание того или иного процесса, но это может занять достаточно длительное время.

Устройство современных компьютеров

Исходя из всех этих определений, можно описать и работу современных компьютеров. Как уже было сказано выше, они сочетают в себе аппаратную и программную части, причем одна без другой функционировать не может.

Таким образом, современный компьютер (вычислительная техника) - это совокупность технических устройств, обеспечивающих функционирование программной среды для выполнения определенный задач, и наоборот (совокупность программ для работы «железа»). Наиболее правильным является первое утверждение, а не второе, ведь в конечном итоге этот набор нужен именно для обработки входящей информации и вывода результата.

(вычислительная техника) включает в себя несколько основных компонентов, без которых не обходится ни одна система. Сюда можно отнести материнские платы, процессоры, жесткие диски, оперативную память, мониторы, клавиатуры, мыши, периферию (принтеры, сканеры и т.д.), дисководы и др. В плане программного обеспечения первое место занимают операционные системы и драйверы. В операционных системах работают прикладные программы, а драйверы обеспечивают корректное функционирование всех «железных» устройств.

Несколько слов о классификации

Современные вычислительные системы можно классифицировать по нескольким критериям:

  • принцип действия (цифровые, аналоговые, гибридные);
  • поколения (этапы создания);
  • назначение (проблемно-ориентированные, базовые, бытовые, выделенные, специализированные, универсальные);
  • возможности и размеры (супербольшие, супермалые, одно- или многопользовательские);
  • условия применения (домашние, офисные, производственные);
  • другие признаки (количество процессоров, архитектура, производительность, потребительские свойства).

Как уже понятно, четких границ в определении классов провести нельзя. В принципе, любое разделение современных систем на группы все равно выглядит чисто условным.

.
Компьютеры проникли во все сферы деятельности человека, начиная с начального образования и заканчивая изучением новейших технологий, изучения новых видов материи, неизвестных пока человечеству. Применение компьютерных технологий облегчает процесс образования в средних и высших учебных заведениях как самих учеников, студентов, так и рабочего персонала.

Благодаря разнообразию программного и аппаратного обеспечения сегодня возможно использование всех потенциальных возможностей компьютерных технологий. Это позволяет хранить огромное количество информации, занимая при этом минимальное место. Также компьютерные технологии позволяют быстро эту информацию обрабатывать и держать ее в защищенном виде.

Широкое распространение ПК сыграло огромную роль в развитии рынка труда. Автоматизация обработки информации позволяет в считанные секунды проделать работу, на которую раньше терялись недели, информирование руководителей о состоянии предприятий и рабочих мест происходит мгновенно. Увеличивается экономический потенциал в области страховых и финансовых услуг благодаря возросшему обмену услуг. Внедрение компьютерных технологий для введения новых форм занятости и организации труда.

На разработку новых проектов затрачивается гораздо меньше времени, ибо не надо тратить массу времени на вычислительные процессы и можно полностью посвятить время самому процессу. Большую роль компьютерные технологии играют в медицине, создаются различные виртуальные модели развития заболеваний, создаются огромные базы информации, на основании которых изобретаются новые препараты для лечения.

Компьютер сегодня является средством для общения, а сама связь на данный момент самая дешевая. Для людей с ограниченными возможностями порой это единственный способ не только общения, но и благодаря современным компьютерным технологиям такие люди могут себя реализовать, получить работу.

Компьютерные технологии оказывают положительных эффект в развитии детей при правильном их использовании. Замечено, что при грамотном подборе программ и игр у детей лучше развивается логическое мышление, улучшается координация глаз и рук. У ребенка развивается самоуверенность и чувство собственного достоинства, дети более сосредоточены по сравнению с детьми, которые не имеют опыта пользования компьютером.

С другой стороны неограниченный доступ к огромным объемам информации иногда приводит к чрезмерному использованию компьютера, в основном это интернет-зависимость или зависимость от компьютерных игр. А это наносит как психологический, так и физический вред. Люди, излишне увлеченные компьютерными играми, более раздражительны, вспыльчивы в обычном общении. У некоторых развивается зависимость от игр, и при невозможности удовлетворить свою потребность в обычном мире ухудшается настроение, появляются состояния повышенной тревожности, иногда депрессии.

Интернет зависимость возникает у людей, которые чрезмерно общаются в социальных сетях, и, как правило, возникает у тех, кто в обычной жизни мало общителен, не смог себя реализовать. Но мы не будем вдаваться в сути этих проблем, так как это в основном исключения из правил. А при грамотном использовании компьютерных технологий польза несоизмеримо больше, и мы это ощущаем с каждым днем все больше и больше.

Информационные технологии – это класс областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработкой огромного потока информации с применением вычислительной техники.

Информационная технология, как и любая другая, должна отвечать следующим требованиям:

  1. обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на этапы (фазы), операции, действия;

  2. включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;

  3. иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции технологического процесса могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.
Современные информационные технологии с их стремительно растущим потенциалом и быстро снижающимися издержками открывают большие возможности для новых форм организации труда и занятости в рамках, как отдельных корпораций, так и общества в целом. Спектр таких возможностей значительно расширяется - нововведения воздействуют на все сферы жизни людей, семью, образование, работу, географические границы человеческих общностей и т. д. Сегодня информационные технологии могут внести решающий вклад в укрепление взаимосвязи между ростом производительности труда, объемов производства, инвестиций и занятости.

Информатизация общества – это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, обработка, хранение, передача, использование, продуцирование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также разнообразных средств информационного взаимодействия и обмена.

Информационные технологии можно рассматривать как элемент и функцию информационного общества, направленную на регулирование, сохранение, поддержание и совершенствование системы управления нового сетевого общества. Если на протяжении веков информация и знания передавались на основе правил и предписаний, традиций и обычаев, культурных образцов и стереотипов, то сегодня главная роль отводится технологиям.

Информационные технологии упорядочивают потоки информации на глобальном, региональном и локальном уровнях. Они играют ключевую роль в формировании техноструктуры, в повышении роли образования и активно внедряются во все сферы социально-политической и культурной жизни, включая домашний быт, развлечения и досуг.

Свойства информационных технологий:


  1. Информационные технологии позволяют активизировать и эффективно использовать информационные ресурсы общества, которые сегодня являются наиболее важным стратегическим фактором его развития.

  2. Информационные технологии позволяют оптимизировать и во многих случаях автоматизировать информационные процессы, которые в последние годы занимают все большее место в жизнедеятельности человеческого общества.

  3. Информационные процессы являются важными элементами других более сложных производственных или же социальных процессов.
Умение применять в своей деятельности современные информационные технологии становится одним из основных компонентов профессиональной подготовки любого специалиста, в том числе и специалиста социальной сферы.

Информационные технологии вошли во все сферы нашей жизни. Компьютер является средством повышения эффективности процесса обучения, участвует во всех видах человеческой деятельности, незаменим для социальной сферы.

Для развития человеческого общества необходимы материальные, инструментальные, энергетические и другие ресурсы, в том числе и информационные. Настоящее время характеризуется небывалым ростом объема информационных потоков. Это относится практически к любой сфере деятельности человека. Наибольший рост объема информации наблюдается в промышленности, торговле, финансово-банковской и образовательной сферах.

Информация представляет собой один из основных, решающих факторов, который определяет развитие технологии и ресурсов в целом. В связи с этим, очень важно понимание не только взаимосвязи развития индустрии информации, компьютеризации, информационных технологий с процессом информатизации, но и определение уровня и степени влияния процесса информатизации на сферу управления и интеллектуальную деятельность человека.

Проблемам информации вообще и управлению как информационному процессу уделяется очень большое внимание, обусловленное следующими объективными процессами:

Человечество переживает информационный взрыв. Рост циркулирующей и хранящейся в обществе информации пришел в противоречие с индивидуальными возможностями человека по ее усвоению;

Развитие массово - коммуникационных процессов;

Потребность разработки общей теории информации;

Развитие кибернетики как науки об управлении;

Проникновение информационных технологий в сферы социального бытия;

Исследования в области естественных наук подтверждают роль информации в процессах самоорганизации живой и неживой природы;

Актуализация проблемы устойчивого развития, становление информационной экономики, главной движущей силой которой является информационный потенциал, информационные ресурсы;

Проблема перспективы развития человечества как целостности делает необходимой постановку вопроса о критерии прогресса в современных условиях.

Информация стала предметом купли - продажи, т.е. информационным продуктом, который наравне с информацией, составляющей общественное достояние, образует информационный ресурс общества.

В качестве товара информация не может отчуждаться подобно материальной продукции. Ее купля-продажа имеет условное значение. Переходя к покупателю, она остается и у продавца. Она не исчезает в процессе потребления.

Становление и развитие информационного сектора, движение многих видов информации в качестве товара повлияло на формирование особого рынка - рынка информации.

Использование современных информационных технологий обеспечивает почти мгновенное подключение к любым электронным информационным массивам (таким как базы данных, электронные справочники и энциклопедии, различные оперативные сводки, аналитические обзоры, законодательные и нормативные акты и т.д.), поступающим из международных , региональных и национальных информационных систем и использование их в интересах успешного ведения бизнеса.

Благодаря стремительному развитию новейших информационных технологий, в настоящее время не только появился открытый доступ к мировому потоку политической, финансовой, научно-технической информации, но и стала реальной возможность построения глобального бизнеса в сети Internet .


В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-технический потенциал страны, уровень развития ее народного хозяйства, образ жизни и деятельности человека.

Для целенаправленного использования информации ее необходимо собирать, преобразовывать, передавать, накапливать и систематизировать. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, будем называть информационными процессами. Получение и преобразование информации является необходимым условием жизнедеятельности любого организма. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Живые существа способны не только воспринимать информацию из окружающей среды с помощью органов чувств, но и обмениваться ею между собой.

Человек также воспринимает информацию с помощью органов чувств, а для обмена информацией между людьми используются языки. За время развития человеческого общества таких языков возникло очень много. Прежде всего, это родные языки (русский, татарский, английский и др.)» на которых говорят многочисленные народы мира. Роль языка для человечества исключительно велика. Без него, без обмена информацией между людьми было бы невозможным возникновение и развитие общества.

Информационные процессы характерны не только для живой природы, человека, общества. Человечеством созданы технические устройства - автоматы, работа которых также связана с процессами получения, передачи и хранения информации. Например, автоматическое устройство, называемое термостатом, воспринимает информацию о температуре помещения и в зависимости от заданного человеком температурного режима включает или отключает отопительные приборы.

Деятельность человека, связанную с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации, называют информационной деятельностью.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы - каждые пять лет.

Выходом из создавшейся ситуации стало создание компьютеров, которые во много раз ускорили и автоматизировали процесс обработки информации.

Компьютеры в производстве используются на всех этапах: от конструирования отдельных деталей изделия, его дизайна до сборки и продажи. Система автоматизированного производства (САПР) позволяет создавать чертежи, сразу получая общий вид объекта, управлять станками по изготовлению деталей. Гибкая производственная система (ГПС) позволяет быстро реагировать на изменение рыночной ситуации, оперативно расширять или сворачивать производство изделия или заменять его другим. Легкость перевода конвейера на выпуск новой продукции дает возможность производить множество различных моделей изделия. Компьютеры позволяют быстро обрабатывать информацию от различных датчиков, в том числе от автоматизированной охраны, от датчиков температуры для регулирования расходов энергии на отопление, от банкоматов, регистрирующих расход денег клиентами, от сложной системы томографа, позволяющей « увидеть» внутреннее строение органов человека и правильно поставить диагноз.

Компьютер находится на рабочем столе специалиста любой профессии. Он позволяет связаться по специальной компьютерной почте с любой точкой земного шара, подсоединиться к фондам крупных библиотек не выходя из дома, использовать мощные информационные системы - энциклопедии, изучать новые науки и приобретать различные навыки с помощью обучающих программ и тренажеров. Модельеру он помогает разрабатывать выкройки, издателю компоновать текст и иллюстрации, художнику - создавать новые картины, а композитору - музыку. Дорогостоящий эксперимент может быть полностью просчитан и имитирован на компьютере.

Разработка способов и методов представления информации, технологии решения задач с использованием компьютеров, стала важным аспектом деятельности людей многих профессий.
Можно выделить четыре внутренне связанные фундаментальные черты формирующегося информационного общества:


  1. Изменение роли информации и знания в жизни общества, выразившееся, прежде всего, в беспрецедентном возрастании информационной насыщенности хозяйственной, управленческой и других сфер деятельности, в превращении информации и знания в важнейший ресурс социально-экономического развития.

  2. Превращение информационной индустрии в наиболее динамичную, выгодную и престижную сферу производства, которая обеспечивает лидирующую роль отдельных стран и городов в системе мировой экономики.

  3. Возникновение развитой рыночной инфраструктуры потребления информации и информационных услуг и, в частности, широкое внедрение ИКТ в различные сферы жизни, причем не только в профессиональную, но и бытовую.

  4. Глубокие изменения в моделях социальной организации и сотрудничества, когда во всех сферах общества происходит замена централизованных иерархических структур гибкими сетевыми типами организации, приспособленными к быстрым изменениям и инновационному развитию.
В информационном обществе обычным явлением становится "телеработа", которая в состоянии кардинально решить проблему занятости, в том числе для людей с ограниченными физическими возможностями, что может помочь решению одной из самых сложных социальных проблем.

Использование спутников, "живого" радио и телевидения для передачи информации оказывает массированное влияние на формирование общественного мнения по всему миру. Появление и совершенствование мультимедиа, видеоконференционной связи и искусственного интеллекта сильно расширяют возможности передачи информации, а, значит, распространения знаний и обмена ими.


Использование возможностей цифровых технологий

  • проведение экономических и структурных реформ в целях создания обстановки открытости, эффективности, конкуренции и использования нововведений, которые дополнялись бы мерами по адаптации на рынках труда, развитию людских ресурсов и обеспечению социального согласия;

  • рациональное управление макроэкономикой, способствующее более точному планированию со стороны деловых кругов и потребителей и использование преимуществ новых информационных технологий;

  • ·разработка информационных сетей, обеспечивающих быстрый, надежный, безопасный и экономичный доступ с помощью конкурентных рыночных условий и соответствующих нововведений к сетевым технологиям, их обслуживанию и применению;

  • развитие людских ресурсов, способных отвечать требованиям века информации, посредством образования и пожизненного обучения и удовлетворения растущего спроса на специалистов в области ИТ во многих секторах нашей экономики;

  • активное использование ИТ в государственном секторе и содействие предоставлению в режиме реального времени услуг, необходимых для повышения уровня доступности власти для всех граждан.
Лекция2. Классификация компьютеров и организационной техники.

Прежде чем рассмотреть вопрос о классификации компьютеров, остановимся на ряде определений.

Обработка информации является важной составляющей информационного процесса. Под обработкой информации будем понимать действия, совершаемые над информацией, представленной в формализованном виде, т. е. в виде структур данных, с помощью определенных алгоритмов – последовательности действий, осуществляемых по определенным правилам и реализуемых с помощью технических средств.

Результатом обработки является тоже информация, которая удовлетворяет поставленным целям (например, обработка числовой, текстовой, графической и другой информации) и может быть представлена в соответствующих формах. Попытки автоматизировать процесс обработки информации и вычислений на основе открытий в области математики, физики, химии и т. д. в течение нескольких столетий привели к созданию современного компьютера или электронно-вычислительная машина. В современных информационных технологиях компьютер используется в качестве основного технического средства для обработки информации.

Таким образом, компьютером называется техническая система, предназначенная для автоматизации процесса обработки информации и вычислений на основе принципа программного управления.

Программные средства представляют собой совокупность программ, обеспечивающих процесс обработки информации на компьютере. Программные средства часто называют сленговым словом «софт».

Основной целью классификации является формирование групп или классов с характерными свойствами, присущими только этой группе или классу, что позволяет более детально изучить эти свойства и проследить динамику их изменения во времени. В настоящее время классификация компьютеров не закреплена соответствующими стандартами, что объясняется высокими темпами развития компьютерной техники и информационных технологий. Приблизительно каждые два года происходит замена аппаратных и программных средств компьютера новыми. В этой связи любая классификация компьютеров является условной, поскольку некоторые свойства, которые были характерными для определенных групп (классов) компьютеров в прошлом, утрачивают эти свойства со временем. Выделим наиболее существенные признаки и проведем по ним классификацию. Условная классификация компьютеров по этим признакам приведена в табл. 5.1.

Таблица 5.1

1)По времени создания компьютеры подразделяют на поколения (первое, второе, третье и четвертое), которые характеризуются степенью развития аппаратных и программных средств.

Компьютеры первого поколения относятся к середине 40-х и концу 50-х гг. XX в. (1946 г. был создан первый цифровой электронный компьютер ENIAC). В качестве элементной базы использовались электронные лампы, программирование осуществлялось в машинных кодах. Программа вводилась в компьютер путем соединения соответствующих гнезд на специальных наборных платах с помощью электрических проводников. Максимальное быстродействие достигало 20 тыс. операций в секунду.

Компьютеры второго поколения относятся к концу 50-х и середине 60-х гг. XX в. В качестве элементной базы использовались полупроводниковые приборы – транзисторы, что позволило повысить надежность и быстродействие компьютеров. Программирование осуществлялось на языках программирования высокого уровня. Программа вводилась в компьютер с помощью перфокарт и перфолент. Максимальное быстродействие составляло до 1 млн операций в секунду.

Компьютеры третьего поколения относятся к периоду с середины 60-х по середину 70-х гг. XX в. В качестве элементной базы использовались интегральные микросхемы среднего уровня интеграции. Программирование осуществлялось на языках программирования высокого уровня. Программа вводилась в компьютер с помощью перфокарт и перфолент, появились накопители информации на гибких магнитных дисках. Максимальное быстродействие составляло около 1 млн операций в секунду. Компьютеры третьего поколения стали семейством компьютеров с единой архитектурой, что обеспечило их программную совместимость. Они имели развитые операционные системы и обладали возможностями мультипрограммирования.

Компьютеры четвертого поколения относятся к периоду с середины 70-х гг. XX в. по настоящее время. В качестве элементной базы использовались большие интегральные микросхемы (БИС), а затем (в настоящее время) сверхбольшие интегральные микросхемы (СБИС), что позволило существенно повысить надежность и быстродействие компьютеров. На основе БИС, а затем и СБИС строились и строятся микропроцессоры – устройства для непосредственного выполнения процесса обработки данных и программного управления этим процессом. Программирование осуществлялось и осуществляется на нескольких десятках языков программирования высокого уровня, включая и объектно-ориентированные языки программирования. Программы вводились и вводятся в компьютер с помощью разнообразных носителей информации – накопителей на гибких магнитных дисках, жестких магнитных дисков, оптических дисков и т. д. Максимальное быстродействие компьютеров четвертого поколения составляет около 1 трлн операций в секунду.

2)По форме представления обрабатываемой информации компьютеры подразделяются на три класса: цифровые, аналоговые и гибридные.

Цифровые компьютеры обрабатывают информацию, представленную в цифровой форме (в двоичной системе счисления), и являются самым представительным классом современных компьютеров. Цифровые компьютеры используются для решения самых разнообразных задач, поддающихся формализации, для которых разработаны соответствующие численные методы решений.

Аналоговые компьютеры обрабатывают информацию, представленную в аналоговой форме, т. е. в виде непрерывно меняющихся значений физической величины (электрического напряжения или тока). Аналоговые компьютеры используются для решения физических и математических задач, содержащих дифференциальные уравнения. Кроме того, они используются в системах автоматического регулирования для решения задач в режиме реального времени.

Гибридные компьютеры обрабатывают информацию, представленную в цифровой и аналоговой форме. В таких компьютерах цифровая часть предназначена для управления и выполнения логических операций, а аналоговая – для решения математических уравнений.

3)По назначению компьютеры подразделяются на три класса: профессиональные, персональные и специализированные.

Профессиональные компьютеры предназначены для обработки больших объемов информации с высокой скоростью. По аппаратному и программному обеспечению они значительно превосходят другие классы.

Персональные компьютеры предназначены для обработки информации на одном автоматизированном рабочем месте (АРМ), при этом их вычислительных ресурсов должно быть достаточно для поддержки такого рабочего места. Кроме того, они должны быть доступны по цене для массового потребителя.

предназначены для обработки информации, связанной с решением узкоспециализированных задач (вычислительных и управляющих). Они не обладают универсальностью, т. е. ориентированы на конкретные практические задачи. Специализированные компьютеры, называемые также контроллерами, встраиваются в системы автоматического управления сложными техническими устройствами или технологическими процессами.

4)По степени универсальности компьютеры подразделяются на два класса: общего назначения и специализированные.

Компьютеры общего назначения являются универсальными и позволяют обрабатывать информацию, связанную с решением широкого круга задач.

Специализированные компьютеры позволяют обрабатывать информацию, связанную с решением узкопрофессиональных задач.

5)По способам использования компьютеры подразделяются на два класса: коллективного и индивидуального использования.

Компьютеры коллективного использования предназначены для обслуживания одновременной работы нескольких пользователей. Такие компьютеры, называемые также серверами, используются и для организации работы компьютерных сетей.

Компьютеры индивидуального использования предназначены для обслуживания работы индивидуального пользователя.

6)По производительности компьютеры подразделяются на три класса: ординарной, высокой и сверхвысокой производительности.

Производительность зависит от специфики решаемой задачи, быстродействия компьютера, информационного объема его оперативной памяти и т. д. Быстродействие (скорость обработки информации) компьютера в свою очередь определяется быстродействием микропроцессора, системной магистрали (служит для обмена информацией между функциональными блоками компьютера), периферийных устройств, качеством конструктивных решений и т. д

7)По особенности архитектуры компьютеры подразделяются на два класса: с открытой архитектурой и закрытой архитектурой

Под архитектурой компьютера понимается совокупность аппаратных и программных средств, организованных в систему, обеспечивающую функционирование компьютера.

К особенностям открытой архитектуры относятся:

Модульный принцип построения компьютера, в соответствии с которым все его компоненты выполнены в виде законченных конструкций – модулей, имеющих стандартные размеры и стандартные средства сопряжения;

Наличие общей (системной) информационной шины, к которой можно подключать различные дополнительные устройства через соответствующие разъемные соединения;

Совместимость новых аппаратных и программных средств с их предыдущими версиями, основанная на принципе «сверху – вниз», что означает, что последующие версии должны поддерживать предыдущие.

Подавляющее число современных компьютеров имеют открытую архитектуру.

Закрытая архитектура не обладает характерными чертами открытой архитектуры и не позволяет обеспечить подключение дополнительных устройств, не предусмотренных разработчиком. Компьютеры, имеющие такую архитектуру, эффективны при решении узкоспециализированных задач, например вычислительных.

Есть и иные классификации:

- Классификация по назначению связана с областью применения компьютеров:


 большие ЭВМ – используются для обслуживания целых отраслей народного хозяйства (метеорология, оборонка, железные дороги и т.д.);
 мини ЭВМ – используются для обслуживания крупных предприятий, НИИ, банков и т.д.;
 микро ЭВМ – используются для обслуживания цехов на заводах, лабораторий в институтах и т.д.;
 персональные компьютеры – используются для обслуживания одного рабочего места.

- Классификация по уровню специализации определяется степенью универсальности компьютеров:
 универсальные – на базе которых можно собирать вычислительные системы произвольного состава (работа с текстом, графикой, музыкой и т.д.);
 специализированные – предназначены для решения узкого круга задач (бортовые компьютеры самолётов, управление работой СВЧ-печей и т.д.).

- Классификация по размерам зависит от конструктивного исполнения компьютеров:


 настольные (рабочие станции);
 портативные (Notebook);
 карманные (электронные записные книжки);
 мобильные (КПК).

- Классификация по уровню совместимости :
 по уровню аппаратной совместимости (IBM PC, Apple Macintosh, Sun Microsystems);
 по уровню программной совместимости (Ms Windows, Mac OS, Solaris).

К средствам оргтехники относится достаточно большой перечень технических средств, устройств и приспособлений, начиная от карандашей и заканчивая сложными системами и средствами передачи информации.

Рассмотрим классификацию средств оргтехники, применяемой при создании и обработке документов в офисе.

Средства составления и изготовления текстовых и табличных документов :

−ручные пишущие средства,

−пишущие машины,

−диктофонная техника,

−печатающие устройства для персональных компьютеров,

−средства копирования и тиражирования документов,

−средства электрофотографического копирования,

−средства обработки документов,

−конвертовскрывающие машины,

−машины для нанесения защитных покрытий на документы (ламинаторы),

−машины для уничтожения документов (шреддеры),

−средства коммуникационной техники,

−средства и системы стационарной и мобильной телефонной связи (в том числе мини-АТС),

−средства и системы телеграфной связи,

−средства и системы факсимильной передачи информации и модемной

связи,


−локальные (офисные) вычислительные сети,

−средства и системы оперативно-диспетчерской связи,

−средства транспортировки документов,

−офисная мебель и оборудование.

Классификация средств организационной техники для современных офисных технологий.

Носители информации :

– носители на бумажной основе не светочувствительные;

–носители для репрографических процессов (термобумага, диазобумага, фотопленка, калька, бумага многослойная для электронно-искрового копирования и т. д.);

–микроносители;

–звуконосители;

–видеоносители;

–магнитные носители.

Банковская оргтехника :

−машины для счета купюр;

−детекторы валют;

−машины для упаковки банкнот; банкоматы.

−сканеры;

−многофункциональные центры;

−средства защиты; компьютерные аксессуары.

Специализированные средства оргтехники . В первую очередь речь идет о технических средствах, при помощи которых деловая документация приобретает вид, позволяющий ее дальнейшее эффективное использование. Это могут быть настольные переплетные машины с пластмассовыми или металлическими пружинами (бендеры), термопереплетные машины (термобиндеры), резаки для бумаги настольного исполнения. Для повышения сроков сохранности документов применяются ламинаторы, наносящие на поверхность листа документа различные покрытия.

Лекция3. Архитектура персонального компьютера.

Основная компоновка частей компьютера и связь между ними называется архитектурой . При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.

Рис. 1 Архитектура персонального компьютера


Практически все универсальные ЭВМ отражают классическую неймановскую архитектуру, представленную на схеме. Эта схема во многом характерна как для микроЭВМ, так и для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения.

Рассмотрим устройства подробнее.

1 . Основная часть системной платы - микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit), он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

A). АЛУ - арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;

Б). Регистры или микропроцессорная память - сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

B). УУ - устройство управления - управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200-400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

Г). СПр - система прерываний - специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;

Д). Устройство управления общей шиной - интерфейсная система.


Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП.

Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

Характеристики процессора:

быстродействие (производительность, тактовая частота) - количество операций, выполняемых в секунду.

разрядность - максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция.

2. Интерфейсная система - это:

Шина управления (ШУ) - предназначена для передачи управляющий импульсов и синхронизации сигналов ко всем устройствам ПК;

Шина адреса (ША) - предназначена для передачи кода адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства;

Шина данных (ШД) - предназначена для параллельной передачи всех разрядов числового кода;

Шина питания - для подключения всех блоков ПК к системе электропитания.

Интерфейсная система обеспечивает три направления передачи информации:

Между МП и оперативной памятью;

Между МП и портами ввода/вывода внешних устройств;

Между оперативной памятью и портами ввода/вывода внешних устройств. Обмен информацией между устройствами и системной шиной происходит с помощью кодов ASCII.

3. Память - устройство для хранения информации в виде данных и программ. Память делится прежде всего на внутреннюю (расположенную на системной плате) и внешнюю (размещенную на разнообразных внешних носителях информации).

Внутренняя память в свою очередь подразделяется на:

- ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) или ROM (read only memory), которое содержит - постоянную информацию, сохраняемую даже при отключенном питании, которая служит для тестирования памяти и оборудования компьютера, начальной загрузки ПК при включении. Запись на специальную кассету ПЗУ происходит на заводе фирмы-изготовителя ПК и несет черты его индивидуальности. Объем ПЗУ относительно невелик - от 64 до 256 Кб.

- ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, ОП - оперативная память) или RAM (random access memory), служит для оперативного хранения программ и данных, сохраняемых только на период работы ПК. Она энергозависима, при отключении питания информация теряется. Объем ОП колеблется в пределах от 64 Кб до 64 Мб и выше, как правило, ОП имеет модульную структуру и может расширяться за счет добавления новых микросхем.

- Кэш-память - имеет малое время доступа, служит для временного хранения промежуточных результатов и содержимого наиболее часто используемых ячеек ОП и регистров МП.Объем кэш-памяти зависит от модели ПК и составляет обычно 256 Кб.

Внешняя память. Устройства внешней памяти весьма разнообразны.

(1) Накопители на магнитной ленте исторически появились раньше, чем накопители на магнитном диске. Бобинные накопители используются в суперЭВМ и mainframe.Ленточные накопители называются стримерами, они предназначены для создания резервных копий программ и документов, представляющих ценность. Запись может производиться на обычную видеокассету или на специальную кассету. Емкость такой кассеты до 1700 Мб, длина ленты 120 м, ширина 3.81 мм (2 - 4 дорожки). Скорость считывания информации-до 100 Кб/сек.

(2) Магнитные диски (МД)- в качестве запоминающей среды используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры - 0 и 1. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек. Каждая дорожка разбита на сектора (1 сектор = 512 б). Обмен между дисками и ОП происходит целым числом секторов. Кластер - минимальная единица размещения информации на диске, он может содержать один и более смежных секторов дорожки. При записи и чтении МД вращается вокруг своей оси, а механизм управления магнитной головкой подводит ее к выбранной для записи или чтения дорожке.

Данные на дисках хранятся в файлах - именованных областях внешней памяти, выделенных для хранения массива данных. Кластеры, выделяемые файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Вся информация о том, где именно записаны кусочки файла, хранится в таблице размещения файлов FAT (file allocation table).

(3) НЖМД или «винчестеры» изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Емкость накопителей за счет чрезвычайно плотной записи достигает нескольких гигабайт, быстродействие также выше, чем у съемных дисков (за счет увеличения скорости вращения, т.к. диск жестко закреплен на оси вращения). Первая модель появилась на фирме IBM в 1973 г. Она имела емкость 16 Кб и 30 дорожек/30 секторов, что случайно совпало с калибром популярного ружья 30"730" «винчестер». Диаметр ЖМД: 3,5" (есть 1,8" и 5,25"). Скорость вращения 7200 об/мин, время доступа - 6 мс. Каждым ЖМД проходит процедуру низкоуровневого форматирования - на носитель записывается служебная информация, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их, маркируются дефектные сектора для исключения их из процесса эксплуатации диска. В ПК имеется один или два накопителя. Один ЖД можно разбить при помощи специальной программы на несколько логических дисков и работать с ними как с разными ЖД.

(4) НОД (накопители на оптических дисках) делятся на:

не перезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски (CD-ROM). Поставляются фирмой-изготовителем с уже записанной на них информацией. Запись на них возможна в лабораторных условиях лазерным лучом большой мощности. В оптическом дисководе ПК эта дорожка читается лазерным лучом меньшей мощности. Ввиду чрезвычайно плотной записи CD-ROM имеют емкость до 1,5 Гб, время доступа от 30 до 300 мс, скорость считывания данных от 150 до 1500 Кб/сек;

перезаписываемые CD-диски имеют возможность записывать информацию прямо с ПК, но для этого необходимо специальное устройство.

магнитооптические диски (ZIP) - запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание - лучом лазера. Эти диски удобны для хранения информации, но оборудование стоит дорого. Емкость такого диска до 20,8 Мб, время доступа от 15 до 150 мс, скорость считывания информации до 2000 Кб/сек.

4. Контроллеры служат для обеспечения прямой связи с ОП, минуя МП, они используются для устройств быстрого обмена данными с ОП - НГМД , НЖД, дисплей и др., обеспечения работы в групповом или сетевом режиме. Клавиатура, дисплей, мышь являются медленными устройствами, поэтому они связаны с системной платой контроллерами и имеют в ОП свои отведенные участки памяти.

5. Порты бывают входными и выходными, универсальными (ввод - вывод), они служат для обеспечения обмена информацией ПК с внешними, не очень быстрыми устройствами. Информация, поступающая через порт, направляется в МП, а потом в ОП. Выделяют два вида портов:

последовательный - обеспечивает побитный обмен информацией, обычно к такому порту подключают модем;

параллельный - обеспечивает побайтный обмен информацией, к такому порту подключают принтер. Современные ПК обычно оборудованы 1 параллельным и 2 последовательными портами.

6. Видеомониторы - устройства, предназначенные для вывода информации от ПК пользователю. Мониторы бывают монохромные (зеленое или янтарное изображение, большая разрешающая способность) и цветные. Самые качественные RGB-мониторы, обладают высокой разрешающей способностью для графики и цвета. Используется тот же принцип электронной лучевой трубки как у телевизора. В портативных ПК используют электролюминесцентные или жидкокристаллические панели. Мониторы могут работать в текстовом и графическом режимах. В текстовом режиме изображение состоит из знакомест - специальных знаков, хранимых в видеопамяти дисплея, а в графическом изображение состоит из точек определенной яркости и цвета. Основные характеристики видеомониторов - разрешающая способность (от 600х350 до 1024х768 точек), число цветов (для цветных) -от 16 до 256, частота кадров фиксированная 60 Гц.

7. Принтеры - это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразовывающие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге. Принтеры - наиболее развитая группа внешних устройств, насчитывается более 1000 модификаций.

Принтеры бывают черно-белые или цветные по способу печати они делятся на:

матричные - в этих принтерах изображение формируется из точек ударным способом, игольчатая печатающая головка перемещается в горизонтальном направлении, каждая иголочка управляется электромагнитом и ударяет бумагу через красящую ленту. Количество игл определяет качество печати (от 9 до 24), скорость печати 100-300 символов/сек, разрешающая способность 5 точек на мм;

струйные - в печатающей головке имеются вместо иголок тонкие трубочки - сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки чернил (12 - 64 сопла),скорость печати до 500 символов/сек, разрешающая способность - 20 точек на мм;

термографические - матричные принтеры, оснащенные вместо игольчатой печатающей головки головкой с термоматрицей, при печати используется специальная термобумага;

лазерные - используется электрографический способ формирования изображений, лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на поверхности светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения. После проявления изображения порошком красителя (тонера), налипающего на разряженные участки, выполняется печать - перенос тонера на бумагу и закрепление изображения на бумаге при помощи высокой температуры. Разрешение у таких принтеров до 50 точек/мм, скорость печати - 1000 символов/сек.

8. Сканеры - устройства ввода в ЭВМ информации непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую информацию. Файл, создаваемый сканером в памяти ЭВМ называется битовой картой.

Сканеры бывают:

черно-белые и цветные (число передаваемых цветов от 256 до 65 536);

ручные перемещаются по изображению вручную, за один проход вводится небольшое количество информации (до 105 мм), скорость считывания - 5-50 мм/сек;

планшетные - сканирующая головка перемещается относительно оригинала автоматически, скорость сканирования -2-10 сек на страницу;

роликовые - оригинал автоматически перемещается относительно сканирующей головки;

проекционные - напоминают фотоувеличитель, внизу -сканируемый документ, сверху - сканирующая головка;

штрих-сканеры - устройства для считывания штрих-кодов на товарах в магазинах.

Разрешающая способность сканеров от 75 до 1600 точек/дюйм.

9. Манипуляторы - компьютерные устройства, управляемые руками оператора:

мышь - устройство для определения относительных координат (смещения относительно предыдущего положения или направления) движения руки оператора. Относительные координаты передаются в компьютер и при помощи специальной программы могут вызывать перемещения курсора на экране. Для отслеживания перемещения мыши используются различные виды датчиков. Самый распространенный - механический (шарик, к которому прикасаются несколько валиков), существует еще оптический датчик, обеспечивающий более высокую точность считывания координат;

джойстик - рычажный указатель - устройство для ввода направления движения руки оператора, их чаще используют для игр на компьютере;

дигитайзер или оцифровывающий планшет - устройство для точного ввода графической информации (чертежей, графиков, карт) в компьютер. Он состоит из плоской панели (планшета) и связанного с ней ручного устройства - пера. Оператор ведет вдоль графика перо, при этом абсолютные координаты поступают в компьютер.

10. Клавиатура - устройство для ввода информации в память компьютера. Внутри расположена микросхема, клавиатура связана с системной платой , нажатие любой клавиши продуцирует сигнал (код символа в системе ASCII -16-ричный порядковый номер символа в таблице), в памяти ЭВМ специальная программа по коду восстанавливает внешний вид нажатого символа и передает его изображение на монитор.

Конкретный набор компонент, входящих в данный компьютер, называется его конфигурацией . Минимальная конфигурация ПК необходимая для его работы включает в себя системный блок (там находятся МП, ОП, ПЗУ, НЖМД, НГМД), клавиатуру (как устройство ввода информации) и монитор (как устройство вывода информации).

Лекция4. Программное обеспечение. Операционная система.

Персональный компьютеры (ПК) – это универсальные устройства для обработки информации. ПК могут выполнять любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для него на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций (т.е. программу ), как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютере программах. Поэтому часто употребляемое выражение «компьютер сделал» означает ровно то, что на ПК была выполнена программа, которая позволила выполнить соответствующие действия. Меняя программы для ПК, можно превратить его в рабочее место бухгалтера, конструктора, редактора, художника и т.д. Таким образом, для эффективного использования ПК необходимо знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ. Рассмотрим основные разновидности программ.

Программы, работающие на ПК, можно разделить на три категории:


  • Системные программы – программы и программные комплексы, расширяющие возможности базового программного обеспечения (ПО) и организующие более удобную среду работы пользователя, выполняющие различные вспомогательные функции, например, создание копий, выдачу справочной информации, проверку работоспособности, устройств ПК и т.д. К системным программам относятся также:

    • программы – драйверы ;

    • программы – оболочки ;

    • программы – утилиты ;

    • программы – упаковщики ;

    • антивирусные программы;

    • программы для диагностики ПК;

    • программы управления локальной сетью и т.д.

  • Прикладные программы (прикладное обеспечение) – программа, решающая проблему конечного пользователя. Вспомогательные программы, не относящиеся к системному ПО, тоже считаются прикладными. В последнее время употребляют термин «приложение».

  • Инструментальные системы (системы программирования) – программные продукты, предназначенные для разработки программного обеспечения. К ним относят системы программирования (MS Visual Studio, Borland C и др).
Драйвер – программа, обеспечивающая связь и управление между ОС и периферийным устройством и регулирующая поток данных, проходящих через это устройство. Его можно считать частью ОС. Разработка драйвера, если он не поставляется с устройством, возможна программистом.

Оболочка – программа (комплекс программ), упрощающая работу пользователя с командами ОС, расширяют набор основных и сервисных функций, обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с ПК, например, Norton Commander.

Утилита (от лат. utilitas – польза) – служебные программы, предоставляющие пользователю ряд дополнительных услуг (дисковые компрессоры, архиваторы, программы резервного копирования, антивирусные программы и др.). Например:


  • утилита дефрагментации диска – предназначена для оптимизации работы диска и повышения скорости доступа к нему, собирает фрагменты файла в один блок;

  • программа проверки диска проверяет правильность информации, содержащейся в FAT, NTFS и др. таблицах размещения файлов, осуществляет поиск сбойных блоков диска; программа уплотнения диска предназначена для создания и обслуживания уплотненных (сжатых) дисков;

  • программы оптимизации диска изменяют местоположение файлов и каталогов для ускорения доступа к ним.
Упаковщик – программа, преобразующая данные из стандартной формы, предназначенной для обработки данных, в форму компактного представления для хранения и передачи по каналам связи. Существует много программ, осуществляющих эту и обратную (распаковка) операции с разными алгоритмами и разными коэффициентами сжатия. Упаковка – самостоятельная операция, но может использоваться и при архивации. Иногда ее называют архивацией или сжатием.

Архиваторы – программы, осуществляющие архивирование данных – упаковку файлов путем сжатия хранимой в них информации. Сжатие информации в файлах производится различными способами за счет устранения избыточности. Степень сжатия зависит от используемой программы, типа сжимаемых данных, метода сжатия и характеризуется коэффициентом Кс, определяемым как отношение объема сжатого файла Vc к объему исходного файла Vо, выраженное в процентах. Наиболее популярные: ZIP, CAB, ARJ, PKPAK, LHA, ICE, разработанные за рубежом, а также AIN и RAR, разработанные в России. Обычно упаковка и распаковка выполняется одной и той же программой. В настоящее время широко используются архиваторы WinRar и WinZip.

Системное программное обеспечение

Базовое ПО – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера (операционная система, операционные оболочки – текстовые и графические).

Программное обеспечение, которое дает пользователям возможность работать с компьютером и облегчает эту работу. Основной частью системного программного обеспечения является операционная система (ОС).

Операционная система – комплекс программ для управления и координации всех устройств компьютера, управления процессом выполнения прикладных программ и обеспечения диалога с пользователем. ОС обеспечивает управление компьютером как единым целым, его взаимодействие с окружающей средой (человеком, прикладными программами, другими системами). Примеры: MS DOS, MS Windows, Unix / Linux и др.

ОС является главной частью программного обеспечения, управляется командами.

Операционная среда – полнофункциональная надстройка на операционной системой.

Системы технического обслуживания – совокупность программно-аппаратных средств ПК для обнаружения сбоев в процессе работы компьютера.

Операционные системы привязывают к процессорам, на основе которых разрабатываются компьютеры. Для IBM-совместимых компьютеров различают:


  • Однозадачные (МS-DOS, PC-DOS, PTS-DOS, Windows);

  • Многозадачные (многозадачность – режим одновременного решения нескольких задач. Задача – часть работы, выполняемой компьютером);

  • Сетевые – обеспечивающие работу сети. Основные функции: управление передачей сообщений, защита данных от несанкционированного доступа, управление каталогами, электронная почта (Lan Server, Windows NT, NetWare);

  • Операционные системы, обеспечивающие режим реального времени – ОС с гарантированным временем реакции на событие, например, в системах технологического управления: атомными станциями, химическими производствами и пр. (QNX фирмы Quantum SoftWare Systems Ltd).

  • Система Windows 3.х для разделения процессорного времени между программами использовала так называемый корпоративный метод, при котором ответственность за многозадачность лежала на самих прикладных программах. Они сами должны были сообщать, когда освобождается то или иное устройство.

  • Windows NT и OS/2 используют многозадачный режим с вытеснением, при котором система устанавливает некоторый промежуток времени, по истечению которого происходит принудительное переключение программ (UNIX, OS/2, Windows"95 и старше).

  • Настоящая многозадачность может быть только в многопроцессорных системах .
Обзор прикладного программного обеспечения:

  • Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ (ППП) (разделяются по типам предметных областей, информационным системам, функциям и комплексам задач), узко направлены на решение определенных задач.

  • ППП автоматизированного проектирования (для поддержания работы конструкторов и технологов – разработка чертежей, схем, диаграмм и т.д.).

  • ППП общего назначения поддерживает информационные технологии конечных пользователей (системы управления базами данных СУБД, генераторы отчетов, текстовые процессоры, табличные процессоры, средства презентационной графики, интегрированные пакеты),

  • Интегрированные ППП – совокупность функционально различных программных модулей, способных взаимодействовать между собой путем обмена данными через единый пользовательский интерфейс (обработка текстовых, числовых и графических данных в одном пакете программ).

  • Офисные ППП обеспечивают организационное управление деятельностью офиса (органайзеры – для планирования рабочего времени и т.п., программы-переводчики, коммуникационные ППП – взаимодействие пользователя с удаленными абонентами или информационными ресурсами).

  • Издательские системы.

  • Программные средства мультимедиа.

  • Системы искусственного интеллекта.
ОС хранится на жестком диске, а также может хранится на специальной системной дискете или компакт-диске.

Функции ОС:

1. Организация согласованного выполнения всех процессов в компьютере.

2. Обеспечение хранения информации во внешней памяти и обмен с устройствами ввода-вывода, т.е. ОС отвечает за правильный ввод информации с устройства ввода и ее вывод на монитор, принтер и т.д., а также за правильное распределение информации на дисках внешней памяти.

3. Реакция на ошибки и аварийные ситуации.

4. Осуществление диалога и общения с пользователем.

Операционная система является достаточно сложно организованной программой, и более уместно будет говорить о ней, как о целом комплексе программ.

Структура операционной системы:

Ядро – переводит команды с языка программ на язык “машинных кодов”, понятный компьютеру.

Драйверы – программы, управляющие устройствами.

Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Операционная система Windows.

ОС, с которой мы работаем называется Windows.

Такое название эта ОС получила в связи с тем, что основным средством общения с пользователем в ней являются различные типы окон (“окно” по анг. “Windows”).

Программы, которые работают под управлением Windows, называются приложениями.

Некоторые принципы ОС Windows:

1. Windows “умеет” работать со всеми современными и менее используемые устройствами и программами. Подключение таких устройств происходит автоматически.

2. Другим достоинством этой ОС является унифицированный пользовательский интерфейс (способ общения), благодаря которому в различных программах сохраняются одинаковые принципы управления их работой, а также выполнять операции можно несколькими способами, среди которых можно выбрать лично удобный.

3. Единый программный интерфейс позволяет создавать информацию в одних приложениях и переносить ее в другие.

4. Следующий принцип, заложенный в Windows – это принцип, за счет которого на принтере формируется такое же изображение, как на экране монитора (What You See Is What You Get).

Этапы загрузки ОС:

Включение или запуск компьютера – это самый ответственный момент его работы. В первую очередь необходимо загрузить ОС в оперативную память.

1. Первую свою команду ПК получает от ПЗУ – микросхемы, которые расположены на материнской плате, питаются от батарейки, и поэтому записанные в ней программы не стираются после выключения компьютера.

Именно в ПЗУ обращается процессор в момент включения и делает это всегда и автоматически.

В ПЗУ находятся программы тестирования компьютера BIOS.

Работа BIOS отображается на экране белыми бегущими строками. В этот момент ПК проверяет свои устройства – оперативную память, жесткий диск и дисководы других дисков, наличие клавиатуры и других устройств.

Если что-то не работает, BIOS докладывает о неисправности, иначе заканчивает свою работу и дает команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальную программу.

2. Эта программа находится в специальном загрузочном секторе диска и называется Master Boot (загрузчик ОС).

Она очень маленькая и ее основное назначение – считать в ОЗУ операционную систему с системного диска.

Если системные диски отсутствуют в ПК, на экране монитора появляется сообщение Non system disk и загрузка ОС прекращается, ПК остается неработоспособным.

Если же все в порядке, загрузчик считывает ОС с диска в оперативную память.


  1. После окончания загрузки ОС управления передается командному процессору и на экране появляется графический интерфейс. Отныне все, что мы делаем с компьютером, происходит под управлением операционной системы.
Лекция5. Служебные программы. Архивирование.

Набор служебных программ содержит сама операционная система Windows. Для работы с дисками и файлами служат программы Scandisk и Defrag.

Scandisk позволяет проверить целостность файловой системы и дисков, а Defrag оптимизирует размещение файлов на дисках.

Разбивка жесткого диска на логические диски (разделы) возможна с помощью программы Partition Magic . Желательно запускать программу с дискеты в режиме DOS, в который можно перейти нажав при загрузке Windows клавишу F8 (появится меню выхода в DOS). Partition Magic может «переразбить» диск без потери данных даже после установки программного обеспечения на компьютер.

Реестр – база данных операционной системы, содержащая конфигурационные сведения. Физически вся информация реестра разбита на несколько файлов. Реестры разных версий Windows немного различаются. В Windows 95/98 реестр содержится в двух файлах system.dat и user.dat, находящихся в каталоге Windows. В Windows Me был добавлен еще один файл classes.dat.

Данные в реестре изменяются при установке нового оборудования, установке и работе программ и в ряде других случаев. При работе программ-шпионов, конфликте разных программ, неправильном удалении программного обеспечения возможно некорректное изменение данных в реестре. Это может привести к сбоям в работе Windows и, в лучшем случае, информацию придется восстанавливать из резервной копии. Основным средством для просмотра и редактирования записей реестра служит программа «Редактор реестра», которая входит в состав Windows. Для ее запуска нажмите Пуск на панели задач Windows и в меню Выполнить наберите команду regedit . Откроется окно программы, в которой слева отображается дерево реестра, похожее по виду на отображение структуры диска в Проводнике, а справа выводятся ключи, содержащиеся в выбранном разделе. С помощью редактора Вы можете редактировать значения, импортировать или экспортировать реестр, осуществлять поиск. Конечным элементом дерева реестра являются ключи или параметры, делящиеся на три типа: строковые, двоичные и Dword (занимает 4 байта).

Редакторы настройки Windows

Настройка Windows обычно проводится с помощью Панели управления, вызываемой из меню Пуск > Панель управления. Ряд настроек находятся в меню Сервис в окне «Сведения о системе» (для вызова нажмите Пуск > Программы > Стандартные > Служебные > Сведения о системе).


Служебные программы:

  1. Дефрагментация диска.

  2. Очистка диска.

  3. Назначение заданий.

  4. Проверка диска.
Описание работы

Цель исследования – определить роль и значение информатики и вычислительной техники в современном обществе.
В связи с поставленной целью можно выделить следующие задачи:
- раскрыть сущность и понятие информатики и вычислительной техники;
- раскрыть понятие информационного общества;
- описать влияние информатики и вычислительной техники на современное общество.

Введение 3
1.Сущность и понятие информатики и вычислительной техники 5
2.Понятие информационного общества 11
3.Влияние информатики и вычислительной техники на современное общество 18
Заключение 21
Список использованной литературы 23
Приложение ………………………………………………………………………………………………………………………

Файлы: 1 файл

Информатика и вычислительная техника помогают разобраться во многих процессах, связанных со всей существующей информацией. Сама информатика исследует следующие вопросы:

Возможность занесения объектов исследования в программы и базы данных;

Эффективное и быстрое решение информационных и необходимых вычислительных задач;

Определение вида и способа хранения находящейся в специфическом виде информации и восстановления ее при необходимости;

Языки программирования и взаимодействие человека с компьютерными программами.

Информатика и вычислительная техника вошли в жизнь человека совсем недавно. Само понятие «информатика» было введено только в 1957 году немцем Карлом Штейнбухом. А затем уже это слово и это понятие стало распространяться по всему миру. Как отдельная наука она стала развиваться с 1970-х годов, а до этого просто входила, как отдельный раздел, в математику и электронику.

Исторически слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика). Несмотря на широкое использование термина информатика в ряде стран Восточной Европы, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин – Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики принято называть две науки: документалистику и кибернетику. Документалистика, предметом которой было изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота, сформировалась в конце XIX в. в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20 – 30-е гг. XX в.

Наиболее близка к информатике техническая наука кибернетика (kyberneticos) – искусный в управлении, основы которой были заложены в 1948 г. американским математиком Норбертом Винером.

Интересно, что впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами – методы моделирования процессов принятия решений, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств .

Современное общество можно назвать информационным. В рамках направления информатики в природе и обществе рассматривают влияние процессов информатизации на человека и на его взаимоотношения с действительностью, а также информационные процессы, протекающие в биологических системах.

Таким образом, в наш быстро меняющийся современный век информатика и вычислительная техника стали не просто нормой жизни, а стали понятиями, определяющими нашу жизнь. Уже качество человеческого существования начинает зависеть от того, насколько успешно люди в них разбираются. Если человек умеет обращаться с компьютерной техникой на «ты», то он живет в ритме времени и его всегда ожидает успех.

2.Понятие информационного общества

В былые времена мощь государства определялась числом и выучкой солдат, наличием золотого фонда, миллионами тон стали или миллиардами киловатт-часов произведенной электроэнергии. Сейчас важнейшим показателем уровня научного развития, экономической и оборонной мощи государства становится информация. Чем больше ее производится в народном хозяйстве, тем выше жизненный уровень населения, экономический и политический вес страны.

Современное общество характеризуется резким ростом объемов информации, циркулирующей во всех сферах человеческой деятельности. Это привело к информатизации общества.

Под информатизацией общества понимают организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав физических и юридических лиц на основе формирования и использования информационных ресурсов – документов в различной форме представления.

Целью информатизации является создание информационного общества, когда большинство людей занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации. Для решения этой задачи возникают новые направления в научной и практической деятельности членов общества. Так возникла информатика и информационные технологии .

В соответствии с концепцией 3. Бжезинского, Д. Белла, О. Тоффлера, поддерживаемой и другими зарубежными учеными, информационное общество - разновидность постиндустриального общества. Рассматривая обществе иное развитие как «смену стадий», сторонники этой концепции информационного общества связывают его становление с доминированием «четвертого», информационного сектора экономики, следующего за тремя известными секторами - сельским хозяйством, промышленностью и экономикой услуг. При этом они утверждают, что капитал и труд, как основа индустриального общества, уступают место информации и знаниям в информационном обществе. Информационное общество - общество особое, не известное истории. Дать его определение трудно, однако можно перечислить основные особенности и характеристики:

  • наличие информационной инфраструктуры, состоящей из трансграничных информационно-телекоммуникацио нных сетей и распределенных в них информационных ресурсов как запасов знаний;
  • массовое применение персональных компьютеров, подключенных к трансграничным информационно-телекоммуникацио нным сетям (ТИТС). Именно массовое, иначе это не общество, а совокупность отдельных его членов;
  • подготовленность членом общества к работе на персональных компьютерах и в трансграничных информационно-телекоммуникацио нных сетях;
  • новые формы и виды деятельности в ТИТС или в виртуальном пространстве (повседневная трудовая деятельность в сетях, купля-продажа товаров и услуг, связь и коммуникация, отдых и развлечение, медицинское обслуживание и т.п.);
  • возможность каждому практически мгновенно получать из ТИТС полную, точную и достоверную информацию;
  • практически мгновенная коммуникация каждого члена общества с каждым, каждого со всеми и всех с каждым (например, «чаты» по интересам в Интернет);
  • трансформация деятельности средств массовой информации (СМИ), интеграция СМИ и ТИТС, создание единой среды распространения массовой информации - мультимедиа;
  • отсутствие географических и геополитических границ государств - участников ТИТС, «столкновение» и «ломка» национальных законодательств стран в этих сетях, становление нового международного информационного права и законодательства .

Обратной стороной медали роста объема информации стал информационный голод, т.е. невозможность найти и получить вовремя и в необходимом объеме требуемую информацию в науке, управлении, экономике. Согласно закону А.А.Харкевича, информация растет пропорционально квадрату национального дохода страны. И неизбежно наступает информационный барьер, когда сложность задач обработки информационных потоков превышает человеческие возможности, поскольку человек в год при 8-часовом рабочем дне может выполнить не более 1 млн операций. Значит, чтобы выполнить это количество операций вручную, требуется такое количество людей, которое превышает население одной страны. Темпы роста численности работников сферы управления в 2-3 раза превышают темпы роста численности производственных работников. Потоки информации растут по экспоненте. Человек, являясь основным носителем прогресса, сдерживает его движение, будучи уже не в состоянии воспринять и переработать весь объем информации, необходимой для принятия своевременного решения. На помощь ему пришли вычислительные машины, методика применения которых постоянно совершенствуется. И лишь компьютеризация позволяет осуществлять обработку информации в нужном объеме. Компьютеризация – это массовое использование вычислительной техники и программного обеспечения. Для этого постоянно упрощается общение с компьютером и расширяются его области применения: наука, материальное производство (от измерительных приборов до роботов), гибкие автоматизированные системы, весы, телефоны, игровые приставки и т.д. Однако успех компьютеризации может быть обеспечен при трех условиях: высоком качестве техники, программных средств и хорошо организованном сервисе обслуживания. Из года в год растут требования к высокой технической культуре и компьютерной грамотности людей. Специалист, не владеющий навыками работы на компьютере, вскоре может оказаться в таком положении, как человек, не знающий таблицы умножения, не умеющий читать и писать. Поэтому в комплекс наиболее необходимых знаний, кроме историко-культурных, включают и компьютерную грамотность. По мере накопления опыта использования вычислительной техники выкристаллизовываются основные направления ее применения: информационные системы, автоматизация управления и математическое моделирование. В настоящее время важным показателем уровня информационного развития являются общедоступные компьютерные базы данных и знаний. Каждый, кому нужна та или иная информация, может подключиться к такой базе и получить интересующие его сведения. Наличие баз данных и знаний позволяет активно использовать новейшую информацию в области своей деятельности. В создавшейся ситуации определены основные сферы информатизации и компьютеризации общества: Организация экономической информации на предприятиях. Предприятию постоянно нужна достоверная и оперативная информация о номенклатуре, ценах и изготовителях изделия, о рынках труда и сбыта, о спросе и предложении в стране и за рубежом и т.п. Создание системы информационных услуг для населения с использованием компьютеров, которая значительно сберегает время и освобождает людей для самообразования и творческой работы. Организация системы здравоохранения и социального обеспечения с применением ЭВМ, позволяющей наладить работу компьютерных консультационных центров, создать диагностические компьютерные экспертные системы, наладить учет и обслуживание инвалидов, одиноких, больных и престарелых людей. Компьютеризация системы образования и науки, которая ускорит и обеспечит процесс добывания знаний за счет создания обучающих систем и доступных баз знаний; появление в эксплуатации аудио видеокассет с учебными видео курсами, систем электронных книг и журналов. Технологии, ориентированные на получение, обработку, хранение и распространение (передачу) информации получили название информационных технологий. Как и всякие технологии, информационные технологии включают определенный набор материальных средств (носители информации, технические средства измерения ее состояний, обработки и т.д.) и способы их взаимодействия, специалистов и совокупность определенных методов организации работы. Но в отличие от любой инженерной технологии, информационные технологии позволяют интегрировать различные виды технологий, а информация, которую они обрабатывают в различных сферах деятельности, синтезируется для накопления опыта и внедрения в практику в соответствии с общественными потребностями .

Информационная культура - умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Информационная культура связана с социальной природой человека. Она является продуктом разнообразных творческих способностей человека и проявляется в следующих аспектах:

1) в конкретных навыках по использованию технических устройств (от телефона до персонального компьютера и компьютерных сетей);

2) в способности использовать в своей деятельности компьютерную информационную технологию, базовой составляющей которой являются многочисленные программные продукты;

3) в умении извлекать информацию из различных источников: как из периодической печати, так и из электронных коммуникаций, представлять ее в понятном виде и уметь ее эффективно использовать;

4) во владении основными аналитическими переработки информации;

5) в умение работать с различной информацией;

6) в знании особенностей информационных потоков в своей области деятельности.

Информационная культура вбирает в себя знания из тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетика, информатика, теория информации, математика, теория проектирования баз данных и ряд других дисциплин). Неотъемлемой частью информационной культуры являются знание новой информационной технологией и умение ее применять как для автоматизации рутинных операций, так и в неординарных ситуациях, требующих нетрадиционного творческого подхода.

В информационном обществе необходимо начать овладевать информационной культурой с детства, сначала с помощью электронных игрушек, а затем привлекая персональный компьютер. Для высших учебных заведений социальным заказом информационного общества следует считать обеспечения уровня информационной культуры студента, необходимой для работы в конкретной сфере деятельности. В процессе развития информационной культуры студенту в Вузе наряду с изучением теоретической дисциплин информационного направления много времени необходимо уделить компьютерным информационным технологиям, являющимся базовыми составляющими будущей сферы деятельности. Причем качество обучения должно определятся степенью закрепленных устойчивых навыков работы в среде базовых информационных технологий при решении типовых задач сферы деятельности.

В информационном обществе центр тяжести приходится на общественное производство, где существенно повышаются требования к уровню подготовки всех его участников. Поэтому в программе информатизация следует особое внимание уделить информатизации образования как направления, связанного с приобретением и развитием информационной культуры человека. Это, в свою очередь, ставит образование в положение "объекта" информации, где требуется так изменить содержание подготовки, чтобы обеспечить будущему специалисту не только общеобразовательные и профессиональные знания в области информатики, но и необходимый уровень информационной культуры. Повсеместное внедрение персонального компьютера во все сферы народного хозяйства, новые его возможности по организации "дружественной" программной среды, ориентированной на пользователя, использование телекоммуникационной связи, обеспечивающей новые условия для совместной работы специалистов, применение информационных технологий для самой разнообразной деятельности, постоянно растущая потребность в специалистах, способных ее осуществлять, ставят перед государством проблему по пересмотру всей системы подготовки на современных технологических принципах.

3.Влияние информатики и вычислительной техники на современное общество

Появление и развитие электронной вычислительной техники во второй половине ХХ века оказало и продолжает оказывать огромное влияние на мировое общество и мировую экономику. Значимость информационных технологий на основе компьютеризации носит глобальный характер. Их воздействие касается государственных структур и институтов гражданского общества, экономической и социальной сфер, науки и образования, культуры и образа жизни людей.

В наше время жизнь каждого отдельного человека и всего социума в целом тесно связана с компьютером. Электронно-вычислительная техника всё шире входит во все сферы нашей жизни. Компьютер стал привычным не только в производственных целях и научных лабораториях, но и в студенческих аудиториях и школьных классах. Непрерывно растёт число специалистов, работающих с персональным компьютером, который становится их основным рабочим инструментом. Ни экономические, ни научные достижения невозможны теперь без быстрой и четкой информационной связи и без специального обученного персонала.

В современном обществе все большее место занимают различные виды деятельности по передаче и распространению результатов умственной деятельности. Журналисты, редакторы, референты, документалисты, библиотекари и библиографы, информационные и архивные работники только по традиции считают, что их профессии относятся к разным видам деятельности. Теперь уже многим понятно, что эти виды являются этапами одного и того же процесса интеллектуальной коммуникации. Коммуникация - связь, общение, сообщение (процесс и путь сообщения) - может происходить непосредственно, на физическом уровне, но интеллектуальная коммуникация, т. е. относящаяся к мыслительным способностям человека, всегда идеальна и осуществляется информационным путем. Ее часто называют также информационной коммуникацией.

→ О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

А. Лепихов

Интервью о роли компьютерной техники в современном обществе в конце 1980-х годов академик Г.И. Марчук дал журналисту А. Лепихову. В манере, свойственной Гурию Ивановичу, доступно и чётко показана роль ЭВМ в современном мире: науке, производстве, экономике, социальной сфере и т. д. Это интервью не утратило актуальности и в наши дни, а в некоторых случаях усилило драматизм, связанный с применением ЭВМ, местом и ролью в обществе специалистов по информационным технологиям. Он говорит о новой реальности, в которой надо по-другому учить школьников, перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководящий состав предприятий эффективно использовать электронную технику.

- Мы живём в такое время, когда электронная вычислительная техника начинает буквально пронизывать все сферы человеческой деятельности - от большой науки до автоматических детских игр. И, как это всегда бывает при активном вторжении в нашу жизнь чего-то принципиально нового, процесс «экспансии ЭВМ», конечно же, требует осмысления. В первую очередь возникает вопрос: что явилось побудительной причиной развития вычислительной техники?

- Г.М.: Необходимость решения всё более и более сложных задач науки, техники, экономики, стремление к выражению качественных представлений количественными. Это относится ко всем наукам: к географии и геологии, медицине и социологии... Не говоря уж о потребностях инженеров и конструкторов, которые раньше многих стали ощущать недостаток в вычислительных средствах.

Как хорошо известно специалистам, принципы электронной вычислительной техники были сформулированы свыше ста лет назад, а ещё раньше появилась теоретическая основа построения ЭВМ - Булева алгебра, названная по имени английского математика Джорджа Буля, одного из основоположников математической логики. Однако эти достижения были забыты на долгие десятилетия, ибо люди вполне обходились простейшими методами счёта и элементарными для этой цели техническими устройствами. Словом, далеко не единичный случай, когда открытие опередило свою эпоху и сразу не получило надлежащего признания.

То, что мы именуем электронной вычислительной техникой, родилось в 40-е годы XX столетия. Первая ЭВМ ЭНИАК (электронный цифровой интегратор и вычислитель) была «привлечена» к составлению баллистических таблиц. Мощный импульс прогрессу ЭВМ, дали работы в области ядерной физики, а космические исследования подтвердили их выдающееся значение. Солидные ассигнования резко расширили сферу применения электронных вычислительных машин, причём применения с явной выгодой.

Передовые в промышленном отношении страны стимулировали своеобразный «автокатализ» ЭВМ: общество вкладывало в совершенствование вычислительной техники все большие суммы, её использование приносило дополнительную прибыль, часть которой шла на дальнейшее развитие той же вычислительной техники.

Давайте перелистаем отдельные страницы истории отечественных ЭВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение программированной автоматической ЭВМ было выдано в 1948 году. Вслед за тем, 25 декабря 1951 года, в Институте электротехники АН Украинской ССР вступила в строй (малая электронно-счётная машина) - первая в нашей стране, разработанная под руководством академика . Агрегат занимал площадь 50 квадратных метров, содержал свыше 6 тысяч ламп, которые потребляли 25 киловатт электроэнергии. МЭСМ могла выполнять арифметические операции над пяти-шестизначными цифрами со скоростью... 50 операций в секунду. Но тогда и это казалось фантастическим потому, что примерно в 1,5 тысячи раз превышало «счётные способности» человека. (первой советской ЭВМ всё же правильнее считать ЭВМ И.С. Брука. – прим. Э. Пройдаков).

Очередное детище советских учёных, появившееся в 1953 году, - -1 (быстродействующая электронно-счётная машина). Она уже могла считать почти в 200 раз быстрее и в то время была одной из самых «скоростных» в мире. БЭСМ позволила решить целый ряд задач, за которые специалисты не брались из-за огромного объёма вычислений.

Среди советских учёных, способствовавших прогрессу электронной вычислительной техники, надо назвать академика , президента Академии наук с 1961 по 1975 год, и основателя Сибирского отделения АН СССР академика .

Развитие различных отраслей техники укрепляло базу и возможности электроники, что, естественно, сказалось и на ЭВМ. Переходя с ламп на полупроводники, а потом и на интегральные схемы, вычислительные машины выигрывали в быстродействии, находили все новые и новые сферы применения.

ЭВМ на простых интегральных схемах успевают за секунду справиться с сотнями тысяч операций. ЭВМ на больших интегральных схемах по быстродействию обгоняют своих предшественников ещё в десять раз. А сейчас заявляют о себе ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах. Их скорость - десятки и сотни миллионов операций в секунду.

Непосвящённого цифры ошеломляют. Между тем это далеко не предел. Комплексная программа научно-технического прогресса стран - членов СЭВ в качестве первоочередной задачи предусматривает создание ЭВМ, которые будут выполнять 10 миллиардов операций в секунду.

Разумеется, все нынешние и прогнозируемые достижения электроники невозможны без освоения производства сверхчистых металлов, специальных сплавов и искусственных кристаллов, без успехов в лазерной технике, во множестве областей прикладных наук. Ясно и другое: без помощи компьютеров наблюдаемый сегодня качественный скачок в разных сферах человеческой деятельности был бы просто немыслим.

И ещё. В какой-то момент ЭВМ - через новые проекты, воплощающие глубокие физические идеи, - заставили разрабатывать новые, эффективные электронные элементы и схемы. Взаимодействие зашло так далеко, что сама ЭВМ на основе систем автоматического проектирования уже создаёт варианты составных частей очередных электронных вычислительных машин. Особенно хорошо это видно на примере микроэлектроники, когда микропроцессор ЭВМ умещается на кристалле площадью менее одного квадратного сантиметра. Здесь проектирование и изготовление микроЭВМ, по существу, объединяются в один цикл.

И всё это произошло за 35-40 лет, на глазах одного поколения исследователей.

- То, о чём вы говорите, воспринимается как-то отстранённо.

- Г.М.: Тогда прибегнем к сравнениям. Толщина человеческого волоса равна примерно 100 микронам. И вот представьте, что вы умещаете сетку из 400 транзисторов, каждый из которых состоит из линий толщиной в 1 микрон, на кристалле кремния величиной в сечение вашего волоса. А теперь сожмите эти линии до полмикрона. На той же площади уже можно разместить почти 1,5 тысячи транзисторов-полупроводников. Повторим операцию сжатия. При толщине в четверть микрона каждый транзистор-полупроводник по размеру будет равен крупному вирусу, а площади сечения человеческого волоса хватит для 4500 таких транзисторов.

Это вовсе не упражнение в отвлечённых действиях, а реальность, с какой сталкиваются проектировщики современных ЭВМ. Первые интегральные схемы, или, как говорят специалисты, «чипы», с линиями толщиной в один микрон выходят на мировой рынок. Они содержат свыше миллиона транзисторов. Чипы же с элементами в полмикрона - здесь можно разместить 4 миллиона транзисторов - испытываются сейчас в лабораториях и «встанут на поток» в течение ближайших лет. Чипы с элементами в четверть микрона (десятки миллионов транзисторов), вероятно, войдут в практику где-то ближе к концу нашего столетия. А в самом конце века, по имеющимся оценкам, в наших руках могут оказаться так называемые «гигабитовые интегральные схемы», то есть с миллиардом компонентов каждая.

Не так давно микрон считался пределом для полупроводников на кремниевых чипах. Однако барьер, как видим, преодолён инженерами, которые уже прекрасно освоились в мире ультрамикроминиатюризации. Создаются сложные структуры, иногда приближающиеся по размерам к молекуле, - столь крошечные, что их не разглядеть и в мощные оптические микроскопы.

В то же время чипы с элементами меньше микрона вызывают революцию в самом их изготовлении. Прежде всего требуется полностью автоматизировать производство, ибо присутствие человека может привести к тому, что технологический процесс станет недостаточно чистым. Если кому-нибудь доводилось бывать на заводах полупроводников, то он согласится, что мало где есть места более чистые, чем такие заводы. Поскольку малейшая пылинка грозит испортить чип, рабочие носят белые комбинезоны и стерильные маски, как хирурги. Воздух в производственных помещениях постоянно фильтруется, и в кубическом его сантиметре пылинок в тысячу раз меньше, чем в операционной больницы.

И тем не менее для субмикронных чипов традиционные полупроводниковые заводы безнадёжно «грязны».

Число пылинок в кубическом сантиметре нужно сократить ещё в сто раз. Это реально, если из производственных помещений вообще удалить людей. Но стерильность не единственный фактор. Задачи проектирования, испытания и печатания интегральных схем быстро выходят за рамки человеческих возможностей. Человек просто не в состоянии «уложить» четыре миллиона устройств на крохотной кремниевой пластинке. Такое по плечу только автоматам, управляемым ЭВМ.

Я думаю, что не очень ошибусь, если скажу: где-то в середине 1990-х годов всего одна интегральная схема сможет конкурировать с сегодняшними компьютерами. И стоить она будет наверняка необычайно дёшево. Все, что сейчас делается, самые изощрённые из существующих способов применения чипов - лишь небольшой шаг на пути к тому, что нас ждёт через 10-20 лет.

- От специалистов по ЭВМ нередко приходится слышать: мол, всякий раз, когда стоимость вычислительной техники уменьшалась скачком, менялся облик мира.

- Г.М.: Это высказывание, конечно, чересчур категорично и амбициозно. Но нельзя не признать, что быстрое совершенствование элементной базы ЭВМ уже наталкивает конструкторов на серьёзные размышления о том, что ещё несколько лет назад относилось к сфере фантастики.

Прежде всего огромные возможности перед современными ЭВМ открываются в заводских цехах, где внедряются системы, умеющие квалифицированно «руководить» любыми по сложности технологическими процессами и обеспечивающие такой контроль за качеством выпускаемой продукции, который человеку просто не под силу.

Или возьмём, к примеру, автомобили. Сколько их насчитывается в мире? Десятки и десятки миллионов. Микропроцессоры здесь помогут правильно эксплуатировать двигатель, уменьшить выделение выхлопных газов, снизить расход горючего, избежать случайного столкновения на дорогах.

Суперчипы, или сверхбольшие интегральные схемы, без сомнения, произведут революцию и в телевидении. Передача сигналов в цифровом виде - метод, дешёвый именно при наличии суперчипов,- позволяет получать изображение, по своему качеству значительно превосходящ ее нынешнее. Быть может, в моделях таких телевизоров будет всего по два-три суперчипа. Бесспорно, появятся и телевизоры с запоминающими устройствами. Любимые фильмы, спектакли, выступления популярных артистов можно будет воспроизвести в любое время, послав соответствующую команду домашней ЭВМ. Стоимость подобных видеоустройств пока очень велика, но они станут доступными для всех, когда «войдут в обиход» четырёхмегабитовые чипы.

Вспомните первые электронные наручные часы. Уже сама идея, что традиционный, отработанный на протяжении веков механизм можно чем-то заменить, поражала умы. А теперь электронные часы настолько обычны, что успешно соперничают в цене с механическими.

- Ваш последний пример - как раз повод, чтобы вернуться из будущего в настоящее. Отсюда следующий вопрос: каковы сегодняшние электронные вычислительные машины и какова в общих чертах сфера их применения?

- Г.М.: Действительно, нынешний «спектр» ЭВМ весьма широк - от суперЭВМ до микропроцессоров. Условно выделяют три основные линии ЭВМ: большие машины с быстродействием в миллионы операций в секунду, мини-ЭВМ с быстродействием в сотни тысяч операций в секунду и микроЭВМ с быстродействием в десятки, а иногда и в сотни тысяч операций в секунду.

Любая из ЭВМ снабжена арифметическим и логическим процессорами, оперативной и долговременной памятью, устройствами управления и ввода-вывода информации. Долговременная память обычно записывается на магнитных дисках, лентах или специальных носителях. Именно долговременная память - средоточение программ, необходимых для расчётов, и всего того материала, что составляет базы данных.

В нашу жизнь входят суперЭВМ с производительностью в сотни миллионов операций в секунду. Как правило, они нужны для исследовательских целей или управления очень сложными научно-техническими комплексами. На основе этих машин, в частности, даются и системы коллективного пользования. Речь идёт о системах прикладных программ, организованных в пакеты по областям применения. Это может быть пакет задач линейной алгебры, статистической обработки результатов эксперимента, пакет отражения информации в виде графиков и т. д. Существенно, что большинство пакетов универсальны, то есть не зависят от характера конкретной задачи. Другими словами, если в ходе решения какой-то задачи появляется необходимость обработать статистические данные или, скажем, вывести информацию на график, то для этого уже не требуются новые программы - довольно универсальных пакетов.

Много служебных пакетов заложено в памяти машины- намного же облегчается труд и увеличивается продуктивность деятельности пользователя ЭВМ, а значит, за этот счёт можно добиться дополнительного народнохозяйственного эффекта. И хотя оценить его не просто, он, разумеется, пропорционален повышению производительности труда тех, кто работает с помощью ЭВМ.

Создание ЭВМ, которые обслуживают абонентов в различных режимах доступа к ним (удалённая пакетная обработка, режим разделения времени, диалог «человек - машина» и т. д.), совершенствование периферийного оборудования и терминалов - оконечных устройств в составе вычислительной системы, предназначенных для ввода и вывода информации при взаимодействии человека с ЭВМ (в этом качестве используют, например, дисплеи, телетайпы), улучшение линий передачи информации заметно расширили их возможности. Это позволило перейти от локальных вычислительных центров, оборудование которых находится в одном месте, к многомашинным комплексам, компоненты которых расположены друг от друга на значительных расстояниях. Последние получили названия «сети вычислительных машин», «сети ЭВМ», «сети ВЦ».

Сети ЭВМ как раз могут наилучшим образом обеспечить работу пользователей в том случае, когда в каких-то пунктах имеется дефицит машинного времени, а в других - избыток. К тому же сеть ЭВМ открывает доступ к огромным базам данных не только универсального, но и специализированного характера, помогает пользователю найти в этих базах «куски» уже хорошо отлаженных программ и прочую ценную информацию, резко ускорить решение своей задачи.

- А мини-ЭВМ?

- Г.М.: Они применяются преимущественно для обеспечения автоматизированного управления - как производством (АСУ), так и технологическими процессами (АСУТП), в научных исследованиях, системах образования и многих других областях.

В первом случае на плечи ЭВМ ложится анализ выполнения планов, расчёт зарплаты и материально-технических ресурсов, разработка сетевых графиков подготовки производства, оценка рабочих мест и множество других функций. Наличие АСУ - гарантия того, что руководитель в любой момент имеет исчерпывающую информацию о деятельности своего предприятия и может обоснованно принимать необходимые организационно-экономические меры. В самом деле, современное производство - сложный организм с большим числом прямых и обратных связей. Долг и директора, и, конечно, всех звеньев руководства - находить устойчивые по отношению к малым отклонениям состояния этого организма и тот оптимальный вариант, который приводит к наивысшему экономическому эффекту. Естественно, что такой эффект увязывается с теми или иными ограничениями, характерными для реальной производственной обстановки.

Говоря об АСУТП, надо отметить, что их роль очень велика в самом производстве, ибо каждая система предназначается для комплексной автоматизации конкретного технологического процесса. Именно здесь мини-ЭВМ незаменима, и с известным основанием можно считать, что высокий экономический эффект от внедрения АСУТП достигается именно в результате использования электронной вычислительной техники.

Системы управления производственными процессами существуют, пожалуй, с тех пор, как создали конвейер. Но традиционные возможности управления конвейером или жёстко построенным производством были ограничены. И только новые средства вычислительной техники, в том числе и микропроцессорной, позволили контролировать, скажем, ход технологической операции на основе постоянно поступающей и обрабатываемой информации. Это происходит примерно так же, как если бы десятки контроллеров бдительно несли свою службу и при обнаружении каких-либо отклонений от нормы технологии немедленно бы их ликвидировали. Фактически же это делает автоматизированная система управления. Сведения непрерывно поступают от набора датчиков, анализируются на быстродействующих ЭВМ. В их памяти заложены многочисленные варианты нарушения производственного процесса и перечень того, что надо предпринять, чтобы исправить положение. ЭВМ в соответствии с программой «находит» нужную команду и посылает её на исполнительные устройства для внесения необходимых коррективов.

Приведу лишь несколько примеров.

Прокатный стан должен катать лист заданной толщины. Раньше мирились с некоторыми допусками. Они были неизбежны из-за неоднородности исходного материала, неравномерности динамического и статического воздействия. В результате проценты, а то и десяток процентов ценного металла расходовались понапрасну.

Современные же прокатные станы оборудованы датчиками, связанными с ЭВМ. Обнаруживается какое-то расхождение с установленным стандартом - ЭВМ даёт команду для повторного проката, и лист доводится до нужной толщины.

Если стан непрерывный, работает в одном направлении, то ЭВМ «приказывает» следующему валку увеличить давление в клети и снова контролирует толщину стального листа, с тем чтобы принять очередное оперативное решение. При такой прокатке допуски практически исключаются и металл целиком идёт в дело.

Экономия материальных ресурсов - важная задача. Но не менее важно выпускать продукцию, соответствующую высшим техническим требованиям. К примеру, мы плавим чугун. Только очень опытный специалист, что называется, чувствует качество и готовность плавки. Конечно, берутся пробы, проводится экспресс-анализ, но его результаты иногда приходят из лаборатории слишком поздно, поправить уже ничего нельзя. И в итоге - некондиционный чугун. Если же перейти к АСУТП, когда непрерывно ведётся спектральный анализ, регистрируются концентрации всех компонентов плавки, и эти данные обрабатываются на ЭВМ, то доменное производство станет таким же управляемым, как прокатный стан. Будет огромная экономия за счёт получения дополнительных объёмов высококачественного чугуна. Хотя такие системы пока проходят опытно-промышленную проверку, уже ясно, что срок их окупаемости заведомо меньше года.

Создание все новых и новых АСУТП - магистральный путь для развития интенсивной экономики.

Кстати, ещё о значимости мини-ЭВМ. Сегодня уже сформировалась более общая концепция сочетания автоматизации управления производством и автоматизации управления технологическими процессами. Здесь мы приходим к единой системе на базе так называемых интегрированных АСУ. Возможность оптимизации организационных и чисто технических мероприятий, которую даёт такая система, сулит блестящие перспективы.

- А теперь, пожалуйста, подробнее - о микропроцессорах.

- Г.М.: Эта вычислительная техника встраивается в узлы машин, приборов и элементов. Каждый микропроцессор распоряжается своим узлом. Но он может быть связан с другими узлами машины через другие микропроцессоры. Согласовывает их действия, как правило, единая мини-ЭВМ. Данная структура исходит из логики управления большими системами, например самими предприятиями. Они ведь построены по иерархическому принципу: сначала участки, затем цеха, далее целые производства и, наконец, дирекция.

Микропроцессоры уже заняли прочное место в станкостроении - в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Это новая и активная сфера применения микропроцессорной техники на производстве. Одновременно - и самый радикальный шаг к комплексной автоматизации: от управления одним станком с ограниченным набором операций к безлюдным роботизированным производственным комплексам.

Хотелось бы подчеркнуть главное: большие возможности, какие открывает внедрение компьютеров для достижения народнохозяйственного эффекта. Он складывается за счёт оптимальной организации производства и его составных частей, внесения своевременных коррективов в технологический процесс при случайных отклонениях, надёжной работы без присутствия высококвалифицированного рабочего.

Если вернуться к бытовой технике, то и сейчас уже мы чувствуем влияние на наш быт электроники вообще и микропроцессоров в частности. В продажу поступают стиральные машины с программируемым набором операций, самые разнообразные микрокалькуляторы, видеомагнитофоны и многое другое. Темп интеллектуализации бытовой техники, бесспорно, нарастает. Значит, домашнее хозяйство будет отнимать меньше труда, от чего опять-таки выиграет общественное производство.

- Сегодня много говорят о том, что проведение научных исследований без электронной вычислительной техники практически невозможно, быть может, кроме самых абстрактных областей, связанных с чисто теоретическими разработками. Как же именно помогают ЭВМ ученным, где их применение нужно в первую очередь?

- Г.М.: Прежде всего, конечно, в математическом моделировании. В самом деле, научное исследование обычно начинается с гипотез. На их фундаменте строятся все более и более детализированные модели изучаемых явлений, которые обычно и реализуются на ЭВМ. Обладая большим быстродействием и памятью, ЭВМ на основе той или иной модели многократно решает задачу при заданных ей самых различных наборах входных параметров. А это позволяет количественно описать возможные решения данной задачи, выбрать из них те, которые интересуют исследователя. И сделать это в достаточно короткий срок. Оснащение лабораторий электронной вычислительной техникой - надёжный путь повышения темпов научного поиска.

Далее. Выдающиеся достижения последних лет, такие, как создание искусственных генов, получение кормового белка из метана, появление больших и сверхбольших интегральных схем, не могли стать реальностью без вычислительной техники, которая помогали вести соответствующие эксперименты. ЭВМ управляли всеми этапами опыта и при отклонении его от заданной программы немедленно посылали корректировочную команду.

Электронная вычислительная техника незаменима и при обработке результатов экспериментов. Если в докомпьютерную эпоху сложные эксперименты длились днями, а то и неделями, то обработка их результате затягивалась на месяцы, а то и годы. ЭВМ сегодня даёт ответ почти немедленно после окончания эксперимента. Экономия времени поистине огромна. Можно с уверенностью сказать, что ЭВМ увеличили производительность труда исследователей более чем в 10 раз.

Логика современного научного поиска такова, что она требует приближения ЭВМ к учёному - будь то теоретик или экспериментатор. Что касается экспериментаторов, то здесь уже проявилась определённая тенденция: их вполне удовлетворяют стандартные мини-ЭВМ, поскольку характер использования этих машин мало чем отличается от их использования в АСУТП.

С теоретиками дело обстоит сложнее. Им для работы нужна целиком вся ЭВМ, пусть и не такая быстродействующая, но со всеми её возможностями. Режим разделения времени на больших ЭВМ решает эту задачу, но решает лишь частично. Ведь учёный думает, постоянно обращаясь к новой информации; порой у него возникает потребность вмешаться в ход расчётов или изменить их. Однако привлекать большую ЭВМ для таких целей нельзя - очень дороги её время и ресурсы.

Налицо противоречие между потребностями исследователя и возможностями ЭВМ. Оно было преодолено, когда в вычислительной технике родилось новое оригинальное направление - индивидуальные, или, как принято сейчас говорить, персональные, ЭВМ. Это вполне современные машины со свойственной им архитектурой, набором соответствующего оборудования и программ. Работа на персональной ЭВМ ведётся с применением 16- и 32-разрядных слов. Не исключена и 64-разрядная арифметика, конечно, с некоторой потерей скорости вычислений. Персональная ЭВМ имеет устройства ввода-вывода и при необходимости - линии связи с другими вычислительными машинами. То есть если для решения вставшей задачи «способностей» персональной ЭВМ не хватает, то по системе коммуникаций готовую программу можно передать на другую машину, обладающую большими ресурсами, чтобы потом получить «ответ».

- Вы рассказали об участии ЭВМ в деятельности учёных. Но научная идея воплощается, если можно так выразиться, в «реальный продукт» обычно только через проектно-конструкторские разработки. Ведь как часто случается: научная идея давно завоевала всеобщее признание, а до её оптимального или просто эффективного внедрения в народное хозяйство проходят годы кропотливого труда инженеров-конструкторов. Сокращается ли эта дистанция?

- Г.М.: Реальная возможность сокращения времени «от идеи до машины» возникла после появления САПРов - систем автоматического проектирования. Не буду говорить об историческом пути, который они прошли, хотя сам по себе он интересен и поучителен, а скажу лишь об их основных принципах.

Что же такое современная система проектно-конструкторских работ? Она состоит из трёх взаимосвязанных этапов. Первый - формирование технического задания на проект: человеко-машинный диалог для составления принципиальной схемы. Естественно, проект должен опираться на самые современные научные идеи, учитывать возможности реализации, ограничения по требуемым ресурсам. Это, так сказать, «дискуссии» человека с ЭВМ, в память которой заложены все необходимые сведения - от теоретических моделей до всяческих ограничений. Конечный результат первого этапа - «контур» проекта.

Потом наступает время его детальной конструкторской проработки. На втором этапе широко используются пакеты прикладных программ, ориентированные на проблематику данного проекта. Эта операция, если нужно, сочетается с системой поиска наилучших решений исходя из опыта исследователя. В итоге появляется полный набор проектно-конструкторской документации и её графическое отображение.

И наконец, создаётся проект технологической подготовки производства к выпуску серийной продукции.

Но бывает так, что и идея машины хороша, и конструкторская разработка вполне солидна, а выпускать серийную продукцию нельзя по тем или иным причинам. Тогда начинается так называемый итерационный процесс конструирования - с учётом ограничений, диктуемых производством. Иногда это затрагивает принципиальные стороны проекта, и все как бы повторяется вновь - с уровня доделки, а то и вторичной проработки технического задания. И так до желаемого итога.

Ясно, что наличие ЭВМ резко сокращает сроки прохождения трёх указанных этапов. А чем раньше научная идея воплотится в новую машину или технологию, тем больший экономический эффект получит народное хозяйство. Но выгоды применения ЭВМ этим далеко не исчерпываются.

Система автоматического проектирования станков, обрабатывающих центров или цветных телевизоров - плод напряжённых усилий учёных, конструкторов, технологов и программистов. Ведь сначала нужны пакеты прикладных программ, которые призваны ускорить проектно-конструкторские работы. Затем те же пакеты могут сослужить хорошую службу во всех КБ и на предприятиях, где рождается новая техника. По сравнению с традиционным способом, когда каждый коллектив действовал по-своему, выигрыш колоссальный. Раньше на проект тратились годы, теперь - недели и даже дни.

Верно, что пакеты прикладных программ для САПРов, доведённые до соответствующих стандартов, достаточно трудоёмки и оказываются пока очень дорогими. Но, раз возникнув, они способны удовлетворить любых проектантов и технологов, предоставив в их распоряжение огромные массивы запрограммированного знания. Пакеты прикладных программ становятся нашим национальным богатством. И не удивительно, что с 1983 года они и другое программное обеспечение ЭВМ считаются в нашей стране товарной продукцией. Это важный шаг для стимулирования развития математического обеспечения ЭВМ экономическими средствами.

- Сегодня объём самой разнообразной информации - научной, экономической, технологической, социальной - нарастает буквально как снежный ком, и уже трудно ориентироваться в информационном океане без помощи ЭВМ. Как практически это делается?

- Г.М.: Электронные вычислительные машины широко задействованы в области информации - от создания баз данных до организации эффективных поисковых систем.

Начали с упорядочения сложнейших информационных потоков, с объединения обширной массы сведений в специальные разделы, подразделы и пункты. Все они имеют согласованную индексацию, и ЭВМ может переходить от крупных массивов однородной информации ко все более и более мелким. В итоге, непрерывно сужая круг поиска, машина достигает цели - находит то, что интересует пользователя.

Разных по характеру баз данных - многие сотни и даже тысячи. Собрать их все вместе, в некую единую вычислительную систему, просто нереально. В самом деле, возьмём хотя бы три базы данных - о синтезированных органических соединениях, об иммунном статусе больного и о составе и характеристиках звёзд в Галактике. Конечно, у этих данных кое в чём есть общность, но сама предметная информация таких баз, сферы и методы их использования совершенно различны. С одной стороны, их нельзя «отрывать» от коллективов НИИ, клиник, обсерваторий, библиотек - без них они скоро утратят свою свежесть, а значит, и ценность. С другой стороны, и это естественно, надо сделать так, чтобы любая база данных была доступна всем пользователям. Иными словами, их обязательно нужно объединять. Где же выход из сложившегося противоречия? Он был найден в организации распределённой системы знаний.

Действительно, зачем пытаться совместить несовместимое? Гораздо лучше дать каждому коллективу исследователей пусть небольшую, но с достаточно ёмкой памятью ЭВМ для создания своей стандартно-структурированной базы. «Хозяева» этой базы данных будут её постоянно развивать и обновлять - ведь речь идёт о жизненно важной для них информации. Пользователь из любого другого учреждения, «входя» по каналам связи в эту базу данных, приобретает самые свежие и самые квалифицированные сведения. То есть один коллектив в состоянии обеспечивать соответствующей информацией всю страну. Все такие специализированные источники информации как раз и составляют распределённую систему знаний. Если теперь их объединить друг с другом, то мы придём к единой системе банков данных страны. Таков магистральный путь развития современной информационной технологии.

Сейчас, например, Институт органической химии Сибирского отделения АН СССР по телетайпному запросу любого пользователя может дать ответ о том, получалось ли ранее химическое соединение с указанными параметрами или нет. А ведь число химических соединений, если я не ошибаюсь, увеличивается ежегодно примерно на два-три десятка тысяч. Надо ли лишний раз объяснять, насколько подобная «электронная справка» экономит время химика-органика, избавляет его от переоткрытия уже синтезированных веществ.

Или проектно-конструкторская работа, о которой мы только что говорили. Всякая новая машина или техническое устройство должны по крайней мере соответствовать мировому уровню. Но этот мировой уровень нужно непрерывно «отслеживать», оперативно вводить в банки данных свежую информацию, поступающую из разных стран. Речь идёт здесь о десятках и сотнях тысяч типов изделий.

Общество будет становиться все более и более информатизированным. Сперва фундаментальные константы, затем системы технических данных и, наконец, смысловые тексты как наиболее сложный вид информации - вот этапы формирования единой информационной сети нашей страны. Однако это лишь начало пути. Впереди огромная и интереснейшая работа по использованию знаний, накопленных человеком и систематизированных с помощью электронной вычислительной техники.

- Хорошо известно, что ЭВМ способна решать сложнейшие задачи науки и техники. По заданию исследователя она в процессе ответа перебирает многочисленные варианты и останавливается на лучшем из них. Но ведь ЭВМ обычно действует по четко сформулированной программе. Тот же поиск оптимального решения и система перебора предложены ей человеком. А вот обладают ли современные электронные машины собственным интеллектом?

- Г.М.: Уже на первом этапе развития ЭВМ человек стал приучать их «думать» и делать хотя бы элементарные, но вполне логические выводы. Правда, границы между полностью запрограммированной системой работы ЭВМ и её «инициативой» весьма условны, но, если можно так выразиться, «запрограммированная инициатива» все же есть.

Создавая все более совершенные языки программирования, человек стремится к тому, чтобы записывать условия задачи в форме, близкой к естественному языку. Например, он поручает машине рассчитать крыло самолёта такой-то формы, качества поверхности и размера с учётом определённых скоростей воздушного потока. ЭВМ по принятой информации должна точно, вплоть до мельчайших подробностей, составить математическую задачу. Совсем недавно этим занимался инженер-программист. Существующие сегодня системы отображения исходных условий задачи таковы, что ЭВМ справляется с ними ничуть не хуже. И самое главное - за считанные минуты или часы, в отличие от недель и месяцев, которые требуются специалисту, вооружённому знаниями и интеллектом. Просто современные машины «научились» выбирать рациональные или даже оптимальные промежуточные операции. А это значит, что они способны к принятию решений, когда возможны различные варианты программной реализации вычислений. Вот здесь, на уровне соответствующих машинных языков и трансляторов - способов перевода языка в машинные команды, мы впервые встретились с искусственным интеллектом ЭВМ.

Однако как только ЭВМ стали применяться в проектно-конструкторских работах, для построения автоматизированных систем управления базами данных или технологическими процессами, у исследователей возникла мысль ввести в состав программного обеспечения творческие элементы. Скажем, конструктор начинает проектировать на дисплее деталь машины. Ему нужно знать размеры детали, а также входные и выходные характеристики - деталь ведь должна подходить к будущей машине. Контроль за соблюдением этих непременных условий возлагается на ЭВМ. Если в конструкторском поиске они нарушаются, то ЭВМ немедленно даёт об этом знать человеку. Она выступает в роли опытного помощника или эксперта. Это опять-таки элемент искусственного интеллекта.

Для детали из базы данных нужно выбрать материал необходимой прочности, с определёнными температурными параметрами и т. д. По «заявке» ЭВМ отыскивает требуемые наборы материалов и предлагает человеку. Конструктор же, руководствуясь своим опытом, даёт ЭВМ задание при известных характеристиках выбранного материала рассчитать прочностные, температурные и другие поля детали. Если результаты расчёта его удовлетворяют, работа закончена и деталь готова. Если нет, то он выбирает другой подходящий материал, и все повторяется снова. Как видим, конструктор и ЭВМ вступают в контакт в диалоговом режиме, и все, что должны были делать помощники, используя справочники и соответствующие схемы расчёта, делает ЭВМ. Она заменяет теперь человека не только в выполнении механической работы, но и в логических выводах.

Именно там, где начинается логика и логические выводы, начинается проявление искусственного интеллекта. Человек постепенно передаёт все больше и больше своих функций конструктора-исследователя машине, оставляя за собой лишь самые принципиальные, где не обойтись без творчества и незапрограммированного знания.

Особое место моделирование интеллекта занимает в развитии современной науки. Я не говорю, например, о выводе новых математических теорем, хотя здесь с помощью алгебры логики уже достигнуто многое, в частности ленинградской школой профессора Н.А. Шанина, добившейся выдающихся результатов в доказательстве теорем в теории множеств. Возьмём более простые вещи. Всех нас учат в школе решать геометрические и тригонометрические задачи. Но этому же можно «выучить» и ЭВМ. Так что если учёному в ходе исследования потом встретится какая-нибудь задача из Эвклидовой геометрии, она будет немедленно решена машиной.

Далее. В математике, и особенно в вычислительной математике, сегодня отработано много универсальных и специализированных алгоритмов решения задач, связанных с линейной алгеброй, дифференциальными и интегральными уравнениями. Из них также реально построить базы данных и поисковые системы для выбора алгоритмов, с помощью которых задача будет решена ЭВМ наилучшим образом. И это - элемент искусственного интеллекта.

Точное интегрирование, дифференцирование, разложение функций в ряды тоже становится сферой, которую человек уже передаёт электронной вычислительной технике.

Средства интеллектуализации решения задач на ЭВМ и основные модели будут в обозримом будущем развиваться на основе диалога человека и машины. Именно в кооперации высшего интеллекта человека, не поддающегося полному описанию, и все более совершенствуемых элементов искусственного интеллекта ЭВМ с её уникально быстрым перебором массивов данных, необходимой информации и поиском различных оптимизаций - перспектива использования электронных вычислительных машин.

Пока же на повестке дня стоит гораздо более скромная цель: научить ЭВМ понимать нас на уровне пусть простого, но естественного языка; давать советы человеку, не посвящённому в тонкости алгоритмов решения сложных задач; отыскивать оптимальные варианты решений; отражать объёмную информацию в виде графиков и голограмм; отвечать нам синтезированной речью.

Таков далеко не полный, но основной перечень проблем искусственного интеллекта, которым человек наделяет ЭВМ. Наделяет для повышения темпов научного поиска, скорости и качества проектно-конструкторских работ, для информационного обеспечения и управления производственными процессами. Если к этому добавить активное использование ЭВМ в медицине, банковском деле, в торговле, на транспорте и ещё во множестве других сфер, то перед нами раскроется поистине бескрайний горизонт применения ЭВМ. Предел их применимости сегодня может поставить лишь наше воображение.

- Как же будет выглядеть промышленно развитое общество при массовом внедрении достижений электронной вычислительной техники? Где изменения, вызванные ЭВМ, будут наиболее заметными?

- Г.М.: Прежде всего в общественном производстве. Изменится содержание самого труда и в десятки раз увеличится его производительность.

Современное серийное производство основано на разделении труда, на выполнении специализированных операций, не требующих особенного умения, а ЭВМ в громадной степени увеличивают возможности его полной автоматизации, упраздняя повторяющиеся, монотонные, утомительные для человека операции. Так что такого рода рабочие места исчезнут на промышленных предприятиях в первую очередь. Но не только они. Сегодня на многих заводах уже действуют станки с числовым программным управлением или даже специальные обрабатывающие центры. Однако не надо забывать, что с их появлением изменился характер обязанностей квалифицированного рабочего-станочника. Он теперь лишь наблюдает за автоматизированным оборудованием. Фигура токаря-виртуоза уходит в прошлое. И наоборот, возрастает нужда в специальностях высшей квалификации - в инженерах по эксплуатации микроэлектронной техники, знатоков программного обеспечения.

В следующем веке - а до его наступления рукой подать - большинство рабочих мест в промышленности будут выглядеть совершенно по-иному. Их займут роботы, которые могут «видеть», «слышать», «осязать», реагировать на ультрафиолетовое, инфракрасное или радиоактивное излучение, самопрограммироваться и перепрограммироваться. Уже создаются первые полностью автоматизированные предприятия, где практически отсутствует живой человеческий труд. Автоматы, не знающие отдыха 24 часа в сутки, с производительностью, неизмеримо более высокой, чем у человека, да к тому же «воспроизводящие» сами себя, - близкая реальность.

И к этой реальности нужно быть готовым. Надо по-другому учить школьников (реформа средней общеобразовательной школы уже осуществляется), перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководителей предприятий эффективно использовать электронную технику.

Наука, техника, производство, научно-технический прогресс в целом требуют, чтобы центр внимания при подготовке специалистов всех категорий перемещался от простого усвоения больших объёмов информации к её творческому усвоению, восприятию непрерывно меняющихся представлений, новых тенденций современного развития.

Само появление ЭВМ даёт мощный импульс к созданию таких методик обучения в школах, техникумах и вузах, какие усиливали бы творческие способности человека, вооружённого вычислительной техникой.

Одним словом, всем надо менять привычные приёмы труда и снова идти учиться. Учиться жить и работать в новом, стремительно меняющемся мире, который немыслим без самого широкого использования современной вычислительной техники.

К размещению в Виртуальном музее статью подготовили Понарин О.С., Фёдорова А.П., г. Брест.
Из книги «Горизонты научного поиска», Марчук Г.И. Издательство «Советская Россия», Москва, 1987 г.
17 Февраля 2017

Эта статья также доступна на следующих языках: Тайский
  • Next

    Огромное Вам СПАСИБО за очень полезную информацию в статье. Очень понятно все изложено. Чувствуется, что проделана большая работа по анализу работы магазина eBay

    • Спасибо вам и другим постоянным читателям моего блога. Без вас у меня не было бы достаточной мотивации, чтобы посвящать много времени ведению этого сайта. У меня мозги так устроены: люблю копнуть вглубь, систематизировать разрозненные данные, пробовать то, что раньше до меня никто не делал, либо не смотрел под таким углом зрения. Жаль, что только нашим соотечественникам из-за кризиса в России отнюдь не до шоппинга на eBay. Покупают на Алиэкспрессе из Китая, так как там в разы дешевле товары (часто в ущерб качеству). Но онлайн-аукционы eBay, Amazon, ETSY легко дадут китайцам фору по ассортименту брендовых вещей, винтажных вещей, ручной работы и разных этнических товаров.

      • Next

        В ваших статьях ценно именно ваше личное отношение и анализ темы. Вы этот блог не бросайте, я сюда часто заглядываю. Нас таких много должно быть. Мне на эл. почту пришло недавно предложение о том, что научат торговать на Амазоне и eBay. И я вспомнила про ваши подробные статьи об этих торг. площ. Перечитала все заново и сделала вывод, что курсы- это лохотрон. Сама на eBay еще ничего не покупала. Я не из России , а из Казахстана (г. Алматы). Но нам тоже лишних трат пока не надо. Желаю вам удачи и берегите себя в азиатских краях.

  • Еще приятно, что попытки eBay по руссификации интерфейса для пользователей из России и стран СНГ, начали приносить плоды. Ведь подавляющая часть граждан стран бывшего СССР не сильна познаниями иностранных языков. Английский язык знают не более 5% населения. Среди молодежи — побольше. Поэтому хотя бы интерфейс на русском языке — это большая помощь для онлайн-шоппинга на этой торговой площадке. Ебей не пошел по пути китайского собрата Алиэкспресс, где совершается машинный (очень корявый и непонятный, местами вызывающий смех) перевод описания товаров. Надеюсь, что на более продвинутом этапе развития искусственного интеллекта станет реальностью качественный машинный перевод с любого языка на любой за считанные доли секунды. Пока имеем вот что (профиль одного из продавцов на ебей с русским интерфейсом, но англоязычным описанием):
    https://uploads.disquscdn.com/images/7a52c9a89108b922159a4fad35de0ab0bee0c8804b9731f56d8a1dc659655d60.png